造波機(jī)主動(dòng)吸收技術(shù)研究.pdf

1、在海岸工程和海洋工程等領(lǐng)域中，物理模型試驗(yàn)是研究問(wèn)題的一種重要手段和方法。但是在實(shí)施試驗(yàn)的過(guò)程中，水槽或水池等設(shè)施與真實(shí)的海洋環(huán)境相比存在著一個(gè)主要問(wèn)題——二次反射。二次反射波是指造波機(jī)產(chǎn)生的行進(jìn)波在遇到高反射率模型后產(chǎn)生反射波，該反射波傳向造波板后產(chǎn)生二次反射波并疊加到行進(jìn)波中。一段時(shí)間后，反射波在模型和造波機(jī)之間不斷產(chǎn)生和傳播，此時(shí)所得的測(cè)試數(shù)據(jù)不能準(zhǔn)確的反應(yīng)波浪對(duì)建筑物的作用。為此，研究人員提出了一種利用造波機(jī)在產(chǎn)生波浪的同時(shí)吸收

2、反射波的方法，稱之為“主動(dòng)吸收”。這類造波機(jī)可根據(jù)水動(dòng)力學(xué)的反饋信息，通過(guò)控制系統(tǒng)以數(shù)學(xué)模型來(lái)驅(qū)動(dòng)造波板運(yùn)動(dòng)，達(dá)到消除反射波的作用。不但如此，主動(dòng)吸收技術(shù)還可以有效避免水槽和水池內(nèi)的共振現(xiàn)象產(chǎn)生，極大的縮短兩次實(shí)驗(yàn)間的靜水時(shí)間，并減少偽諧波的產(chǎn)生。目前對(duì)主動(dòng)吸收技術(shù)的研究并未完善，尤其是對(duì)三維造波機(jī)主動(dòng)吸收技術(shù)的研究屬起步階段。因此，開(kāi)展造波機(jī)主動(dòng)吸收技術(shù)的研究，在模型實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域有重要意義。
　　本文以線性造波理論為基礎(chǔ)，針對(duì)規(guī)則波

3、的單頻率特點(diǎn)，給出了二維規(guī)則波主動(dòng)吸收造波板沖程解的離散形式。在原有的造波機(jī)控制系統(tǒng)上搭建了吸收式造波機(jī)系統(tǒng)，并通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該離散解對(duì)規(guī)則波吸收的有效性，其波高穩(wěn)定性誤差小于6％。針對(duì)該過(guò)程中出現(xiàn)的造波板漂移現(xiàn)象，可采用一階高通濾波的方法濾除造波信號(hào)中的低頻長(zhǎng)波。
　　針對(duì)不規(guī)則波的多頻率特點(diǎn)，給出了二維不規(guī)則波主動(dòng)吸收造波板沖程的頻域解。通過(guò)對(duì)傳遞函數(shù)的頻率特性分析得出傳遞函數(shù)在零頻率的無(wú)窮大幅值易于引起造波板的漂移，并給

4、出了消除造波板漂移的傳遞函數(shù)修正方法。由于該傳遞函數(shù)無(wú)解析解，本文采用一維數(shù)字濾波器逼近傳遞函數(shù)頻率特性的方法，將頻域傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)化為時(shí)域線性差分方程。基于IIR濾波器模型，提出了一種遞歸重加權(quán)最小二乘法求解模型逼近問(wèn)題，結(jié)果表明該方法較常規(guī)最小二乘法可將逼近精度提高約3倍。
　　為提高系統(tǒng)的吸收效率和波浪模擬精度，針對(duì)控制系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)路存在的延時(shí)，提出了更加精確的帶延時(shí)補(bǔ)償?shù)闹鲃?dòng)吸收控制方程。實(shí)驗(yàn)證明其較非延時(shí)補(bǔ)償在波浪精度上有明

5、顯改善，并提高了系統(tǒng)在小周期波浪下的穩(wěn)定性，擴(kuò)大了系統(tǒng)主動(dòng)吸收的頻率適用范圍。
　　在三維水池造波機(jī)主動(dòng)吸收方面，給出了帶延時(shí)補(bǔ)償?shù)娜S主動(dòng)吸收造波板沖程的頻域解。由于三維主動(dòng)吸收傳遞函數(shù)幅值特性和相位特性的空間復(fù)雜性，模型逼近精度難以保證。本文提出了更加穩(wěn)定有效的基于二維吸收傳遞函數(shù)與三維修正函數(shù)的模型，并給出了一種通過(guò)造波板前波高數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)估計(jì)反射波主方向角的角度估計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了造波機(jī)完全三維主動(dòng)吸收。通過(guò)建立三維物理實(shí)驗(yàn)，考慮