[发明专利]一种室内风浪水槽造波机闭环控制方法

说明书

技术领域：

本发明属于造波机控制系统技术领域，涉及一种小型室内风浪水槽造波机的闭环控制方法，特别是一种集硬件和软件于一体的闭环控制系统。 

背景技术：

我国从五十年代开始水池造波方面的研究工作；七十年代，造波技术系统逐渐采用模拟信号装置来控制；到了八十年代，开始采用小型电子计算机，通过系统软件和应用软件及造波软件来控制；九十年代以后，已完全采用计算机进行造波控制。计算机控制技术运用到造波机系统中，为造波技术开辟了新天地，运用计算机自动控制，不仅能方便地造出各种规则波，不规则波，而且大大提高了波浪模拟的精度。英国从八十年代中期已有电机式的造波系统，日本从八十年代中期开始已有电机式的造波系统，当时采用的是直流伺服电机，从1992年开始采用新型的交流伺服电机；2000年荷兰Delft水工试验室和力士乐公司合作为我国702所提供的不规则波造波机系统方案中，采用的也是交流伺服电机。一个完整的造波系统不仅包括完备的硬件设施，还包括完善的控制系统软件，控制系统软件是整个造波系统的灵魂，它不仅能直接决定造波类型品种、造波的效果、造波控制的便易程度，而且对整个造波系统的安全保障也有着极其重要的影响；造波控制软件设计，不仅需要波浪理论、波浪模拟理论方面的知识，而且还涉及计算机技术、软件设计、自动控制、机电一体化等学科内容。 

归结起来，现有的对造波机及其造波的控制方式有多种，但从理论上讲，至今还尚未见有效的应用于小型室内风狼水槽的硬、软件结合为一体的控制方法及其实现系统；现有的控制方法原理简单，闭环控制效果差，对造波的波风效果不易直接体现和监控，应用场合单一。 

发明内容：

本发明的目的在于克服现有造波技术及其工艺方法中存在的缺点，寻求设计一种借助于现代计算机硬件和软件的配合，形成对小型室内风浪水槽造波机及其造波过程的全程闭环控制的方法。 

为了实现上述目的，本发明由浪高仪实时采集波高数据作为造波控制的反馈信号构成摇板造波的闭环控制；由风速仪实时测量风道内的风速作为造风控制的反馈信号构成风机造风的闭环控制；通过摇板造浅水波和造风造毛细波并电信连通组合形成闭环控制系统；实现闭环控制的系统装置包括上位机监控模块、造波模块和造风模块；其中上位机监控模块为安装虚拟仪器测试测量软件的工控机，是整个造波机闭环控制系统的监视与控制中心，控制过程包括系统的初始化、摇板造波控制、造风造波控制、数据采集、数据记录和数据分析；造波模块采用PC机加装运动控制卡的控制模式，包括运动控制卡、伺服驱动器、交流伺服电机、编码器、滚珠丝杠、摇板和浪高仪；造波模块中运动控制卡是摇板运动的控制中心，完成伺服驱动数据的生成，运动控制卡发送脉冲命令给伺服驱动器，进而驱动伺服电机，伺服电机通过滚珠丝杠带动摇板运动，在水面激起波浪，通过控制摇板的运动轨迹在水面产生规则波或不规则波，水池中安装浪高仪，浪高仪测得的实时波高信息，作为摇板造波闭环控制的反馈信号反馈到上位工控机，从而实现摇板造波的闭环控制；造风模块采用PC机加装多功能数据采集卡的控制模式，包括多功能数据采集卡、风机变频器、轴流风机和风速仪；造风模块通过多功能数据采集卡的模拟量输出控制风机变频器频率，进而控制风机的转速，风道内安装有风速仪，风速仪测得的实时风速通过多功能数据采集卡的模拟量输入通道进行采集，作为造风闭环控制的反馈信号反馈到上位工控机，实现风机造风的闭环控制；数字量数据采集卡负责采集控制面板按钮信号及滚珠丝杠限位开关和行程开关信号，并输出控制伺服驱动器及风机变频器的控制信号。 

本发明的闭环控制系统包括监控软件主程序、造风子程序、规则波子和不规则波子程序，监控软件主程序启动后首先进行系统初始 化，包括运动控制卡的初始化及数据库的初始化，再输入正确的用户名和密码后登录系统，方能进行控制操作；监控软件主程序运行过程中不断地扫描输入输出状态并刷新前面板界面，等待用户触发事件的发生；用户控制命令包括用户管理、造风、造波、数据查询、波形查询与分析和退出命令。 

本发明的造风子程序启动后首先读取用户前面板设定的造风时间，然后读取用户前面板设定的风速设定值及风速仪反馈的实际风速值；风速设定值和实际风速反馈值经过PID运算，计算出控制输出量，即变频器频率；控制输出量通过多功能数据采集卡的模拟量输出通道控制变频器的频率；再将实际运行时间与设定时间进行比较，如果未到设定时间，造风子程序继续读取实时风速信息进行控制运算，如果到达设定时间，则结束造风子程序。