基于LabVIEW的風(fēng)浪水槽造波機(jī)控制算法研究.pdf

1、摘要隨著全球環(huán)境氣候的變化，海氣界面微尺度過(guò)程即海氣相互作用越來(lái)越受到科學(xué)家們的重視，因此在實(shí)驗(yàn)室中模擬海浪成為研究海氣界面微尺度過(guò)程的一種重要手段。海浪理論及其計(jì)算模型為造波機(jī)的實(shí)現(xiàn)提供了理論基礎(chǔ)，控制理論及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得高性能造波機(jī)的實(shí)現(xiàn)成為可能。本文首先論述了造波設(shè)備的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀，簡(jiǎn)要介紹了虛擬儀器技術(shù)。根據(jù)海浪理論及計(jì)算原理，闡述了線性波動(dòng)理論和海浪譜理論，并計(jì)算推導(dǎo)了搖板運(yùn)動(dòng)搖幅與波浪波高之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式。本論文借助

2、圖形化的編程軟件NILabVIEW及其強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù)和測(cè)試測(cè)量控件開(kāi)發(fā)了風(fēng)浪水槽造波機(jī)的總控軟件，主要包括NIMotion運(yùn)動(dòng)控制模塊和基于PC運(yùn)動(dòng)控制卡的控制算法，實(shí)現(xiàn)了水槽搖板造波機(jī)規(guī)則波閉環(huán)控制算法、不規(guī)則波閉環(huán)修正控制算法及造風(fēng)造波PID控制算法，進(jìn)而提出了造風(fēng)與搖板聯(lián)合造波的方法。本文通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了造波機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，該造波機(jī)具有較強(qiáng)的風(fēng)、浪模擬能力，集成其他精密測(cè)量設(shè)備共同構(gòu)成了一個(gè)多要素同步觀測(cè)的、

3、適用于室內(nèi)研究的、使用成本低的海氣界面微尺度過(guò)程光學(xué)探測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)有效提高了國(guó)內(nèi)海氣界面相互作用研究的實(shí)驗(yàn)條件和水平。關(guān)鍵詞：風(fēng)浪水槽；造波機(jī)；目錄第一章引言11本課題的研究意義12國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀121造波機(jī)的發(fā)展122造波機(jī)的結(jié)構(gòu)型式123虛擬儀器技術(shù)概述124造波機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展13論文主要工作第二章海浪理論與計(jì)算原理21海浪理論211線性波動(dòng)理論212海浪譜的形式和特征213海浪要素的計(jì)算22搖板式造波機(jī)計(jì)算原理23風(fēng)機(jī)造波

4、原理第三章風(fēng)浪水槽造波機(jī)硬件結(jié)構(gòu)31風(fēng)浪水槽造波機(jī)結(jié)構(gòu)311風(fēng)浪水槽造波機(jī)整體結(jié)構(gòu)312搖板造波系統(tǒng)結(jié)構(gòu)313造風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)314消波系統(tǒng)結(jié)構(gòu)32控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)321搖板造波控制系統(tǒng)322造風(fēng)控制系統(tǒng)323控制信號(hào)采集系統(tǒng)第四章控制算法研究及編程實(shí)現(xiàn)41監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)411LabVIEw簡(jiǎn)介412監(jiān)控軟件總體設(shè)計(jì)42搖板造波閉環(huán)控制421運(yùn)動(dòng)控制程序閉壞控制算法422造波機(jī)傳遞函數(shù)計(jì)算423規(guī)則波造波閉環(huán)控制算法424不規(guī)則波造波閉環(huán)控制