[发明专利]用于水工弧形钢闸门参数振动主动控制的装置及控制方法

说明书

本发明公开了一种用于水工弧形钢闸门参数振动主动控制的装置，包括闸门主框架和安装在闸门主框架上的若干作动器，闸门主框架包括平行设置的两个纵梁和两个主横梁，两个纵梁和两个主横梁组成一个矩形，在纵梁和主横梁的四个连接处，分别连接有四个支臂，在每个支臂上分别设置有一个作动器。可以通过在支臂上布置压电堆作动器对参数振动进行主动控制。本发明还公开了利用该控制装置进行的控制方法，包括步骤1，信号采集，步骤2，计算位移和速度，步骤3，计算处理得到最优控制电压，步骤4，将最优控制电压转换成控制力矩M，利用该控制力矩对弧形闸门的参数振动进行主动控制。

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，涉及一种用于水工弧形钢闸门参数振动主动控制的装置，本发明还涉及利用该主动控制装置进行的控制方法。

背景技术

水工弧形钢闸门是水工建筑物中运用最为广泛的闸门形式之一，其安全可靠地运行是大坝安全泄洪的重要保障。弧形钢闸门的振动问题是普遍存在的，已经有某些水利工程的弧形钢闸门因发生严重振动而破坏，造成了严重的经济损失。

弧形钢闸门的参数振动是近年来学术界和工程界关注的热点，对闸门的危害在特定条件下远超其他类型的振动，目前对弧形钢闸门参数振动问题的研究主要集中在求解弧形钢闸门的动力不稳定区域、探讨闸门发生参数共振的条件和动力失稳的判定上，尚无对参数振动控制方法的研究，尤其对于正在运行的弧形钢闸门更是很难通过优化结构设计方案或水力条件来改善动力稳定性。因此，弧形钢闸门参数振动的控制方法还有待进一步深入研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于水工弧形钢闸门参数振动主动控制的装置，可以通过在支臂上布置压电堆作动器对参数振动进行主动控制。

本发明所采用的技术方案是，一种用于水工弧形钢闸门参数振动主动控制的装置，包括闸门主框架和安装在闸门主框架上的若干作动器，闸门主框架包括平行设置的两个纵梁和两个主横梁，两个纵梁和两个主横梁组成一个矩形，在纵梁和主横梁的四个连接处，分别连接有四个支臂，在每个支臂上分别设置有一个作动器。

本发明的特点还在于，

在每个纵梁的下方平行设置有两个弦杆，两个弦杆均与纵梁平行，且两端分别固定连接于两个支臂上，两个支臂的一端与上方的主横梁和纵梁的连接处固定，另一端均固定在支铰上。

作动器设置在支臂分别与两个弦杆的固定点之间的一段上。

作动器，包括固定在支臂上的上横梁和下横梁。

上横梁和下横梁共同构成一个II形的固定结构，II形结构焊接在支臂上。

在下横梁的两端分别固定一个压电堆作动器，压电堆作动器上安装有力传感器，力传感器通过螺栓与上横梁固定连接。

本发明的另一目的是提供该装置的控制方法。

本发明的另一技术方案是，一种利用上述控制装置进行控制的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，由加速度传感器进行信号采集，加速度传感器设置在支臂上，测得支臂2的振动反应信号，

步骤2，步骤1中测量的数据传输至A/D转换卡，将数字信号输入到控制器内，并由控制器计算出位移和速度，

步骤3，将步骤2中得到的数据，在控制器中进行进一步的计算和处理后，得到压电堆作动器的最优控制电压，具体计算方法为，

利用公式(1)，进行计算，

式中，M、C、K和S∈R^n×n分别为空间主框架的质量矩阵、阻尼矩阵、弹性刚度矩阵和几何刚度矩阵，阻尼采用瑞利阻尼；

X(t)∈Rⁿ分别为加速度、速度和位移向量；t表示时间，