[发明专利]一种用于水工弧形钢闸门振动控制的作动器优化布置方法

说明书

本发明公开了一种用于水工弧形钢闸门振动控制的作动器优化布置方法，具体步骤包括：考虑弧形钢闸门的结构特点，建立能反映原型弧形钢闸门动力特性的简化模型；根据该简化模型构建弧形钢闸门主动控制的控制方程；应用LOR算法建立作动器数量及位置的优化布置模型；求解该优化模型，确定作动器的优化布置方案。本发明提出的方法可以减小弧形钢闸门流激振动主动控制中作动器布置的盲目性，提高主动控制系统的性能，保证弧形钢闸门的安全运行。

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振动控制的作动器优化布置方法。

背景技术

水工弧形钢闸门的振动问题是水利工程领域被重点关注的课题，由于荷载的多样性，弧形钢闸门的振动形式也具有多样性，振动机理复杂。目前在工程实践中，一般通过优化闸门的水力条件及结构动力特性使弧形闸门的低频区避开脉动水压力的高能区来避免闸门的共振问题，但是上述方法并不是对所有形式的振动都是有效的，比如以某种形式存在的参数振动及自激振动，很难通过以上方法减振。而且对于已经服役的弧形钢闸门，也很难改变闸门的水力边界及结构动力特性。

目前，通过对弧形钢闸门施加作动器的主动控制技术逐渐应用于弧形钢闸门的振动控制中，是弧形钢闸门减振研究的热点研究问题。主动控制的原理是在闸门振动响应反馈的基础上，通过控制器中的主动控制算法确定最优主动控制力，然后给作动器发出指令，由作动器给闸门施加主动控制力，主动地调节结构的特征参数(质量、阻尼和刚度)以适应外部动荷载，达到抑制振动的目的。对于弧形钢闸门的主动控制系统，作动器是主动控制力的施加机构，作动器的数量和位置的优化布置对主动控制具有重要影响，在达到预期控制效果的前提下，应布置尽可能少的作动器，使结闸门结构更加简洁，不恰当的作动器布置将直接影响弧形钢闸门主动控制系统的性能。

目前对弧形钢闸门流激振动的主动控制技术的研究尚处于理论研究和数值模拟阶段，尤其是作动器在弧形闸门上的布置位置和布置数量仍具有盲目性，尚未提出有效合理的作动器布置方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于水工弧形钢闸门振动控制的作动器优化布置方法，具有减小弧形钢闸门流激振动主动控制中作动器布置的盲目性，提高主动控制系统的性能，保证弧形钢闸门的安全运行的特点。

本发明所采用的技术方案是，一种用于水工弧形钢闸门振动控制的作动器优化布置方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、根据弧形钢闸门的结构特点，建立反映弧形钢闸门动力特性的简化模型；

步骤2、根据简化模型构建弧形钢闸门主动控制的控制方程；

步骤3、建立作动器数量及位置的优化布置模型；

步骤4、求解优化模型，确定作动器的优化布置方案。

本发明的特点还在于：

步骤1具体按照以下步骤实施：

步骤1.1、应用有限元软件分析弧形钢闸门的动力特性，根据闸门的结构特点，对不同的构件选用合适的单元进行模拟，获得闸门的自振频率及振型；

步骤1.2、考虑面板的影响，将面板质量分配在主横梁上，忽略曲梁曲率的影响，以直梁代替曲梁，通过结构简化建立弧形钢闸门的空间框架简化模型，采用动力刚度法分析该简化模型的动力特性，获得简化模型的自振频率及振型；

步骤1.3、比较弧形钢闸门及其简化模型的动力特性，以二者相近为原则调整简化模型，最终建立反映弧形钢闸门动力特性的简化模型。

步骤2具体按照以下步骤实施：

步骤2.1、建立弧形钢闸门流激振动主动控制的二阶动力微分方程：