一種閉環(huán)控制的潮汐流模擬試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及海洋動力環(huán)境試驗(yàn)裝置，特別是涉及一種潮汐流模擬試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在海洋開發(fā)利用過程中，海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)、海洋能開發(fā)利用技術(shù)等高新技術(shù)的研宄和發(fā)展是促進(jìn)海洋可持續(xù)開發(fā)利用的重要環(huán)節(jié)。
[0003]然而，海洋環(huán)境是復(fù)雜多變的，潮流、波浪等要素直接作用于海洋環(huán)境監(jiān)測儀器設(shè)備與海洋能發(fā)電裝置上，影響設(shè)備的安全運(yùn)行和可靠性。
[0004]因此，在海洋環(huán)境監(jiān)測儀器設(shè)備和海洋能發(fā)電裝置研制過程中，室內(nèi)物理模擬試驗(yàn)是重要的研宄手段之一，通過室內(nèi)海洋環(huán)境試驗(yàn)裝置可再現(xiàn)海洋環(huán)境，驗(yàn)證海洋監(jiān)測儀器設(shè)備和海洋能發(fā)電裝置的技術(shù)指標(biāo)、環(huán)境適應(yīng)性及可靠性，為其技術(shù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)，促進(jìn)海洋高新科技研發(fā)成果的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
[0005]現(xiàn)有能夠產(chǎn)生模擬潮汐流的室內(nèi)海洋環(huán)境試驗(yàn)裝置大多為開環(huán)控制系統(tǒng)，缺少數(shù)據(jù)反饋環(huán)節(jié)，無法保證模擬潮汐的準(zhǔn)確性，降低了試驗(yàn)結(jié)果的可信度。例如，控制系統(tǒng)只負(fù)責(zé)控制水位，并不接收采集系統(tǒng)反饋的水位數(shù)據(jù)，由于控制系統(tǒng)存在不可避免的誤差和滯后性，因此會造成輸入與輸出的模擬潮汐數(shù)據(jù)之間產(chǎn)生一定的偏差，而這種偏差在長時間的試驗(yàn)時又會被不斷的放大，嚴(yán)重影響了試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的海洋環(huán)境試驗(yàn)裝置的潮汐流試驗(yàn)裝置所存在的問題，本發(fā)明推出一種新型的基于閉環(huán)控制方法的潮汐流模擬試驗(yàn)裝置，采用軸流水泵驅(qū)動水槽中的水流運(yùn)動，由尾門控制器控制水槽水位，利用潛水泵進(jìn)行水槽中水的補(bǔ)充和循環(huán)，采用控制系統(tǒng)和采集系統(tǒng)將三者緊密聯(lián)系起來，形成各部分協(xié)同工作的閉環(huán)控制系統(tǒng)，構(gòu)成以試驗(yàn)水槽為中心的室內(nèi)模擬潮汐流試驗(yàn)裝置，顯著提高潮汐流模擬的準(zhǔn)確性。
[0007]本發(fā)明所涉及的一種閉環(huán)控制的潮汐流模擬試驗(yàn)裝置包括試驗(yàn)水槽、控制系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和采集系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)設(shè)置在試驗(yàn)水槽外并連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)和采集系統(tǒng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)置在試驗(yàn)水槽內(nèi)，采集系統(tǒng)與控制系統(tǒng)相連接，采集系統(tǒng)的水位儀與流速儀置于試驗(yàn)水槽水中并采集試驗(yàn)水槽內(nèi)的水位和流速數(shù)據(jù)，實(shí)時將數(shù)據(jù)反饋到控制系統(tǒng)。
[0008]所述試驗(yàn)水槽上部為內(nèi)部充水的長方體水槽，下部為循環(huán)管道，一端為蓄水箱，循環(huán)管道與上部長方體水槽形成內(nèi)部連通的水流垂直循環(huán)回路。蓄水箱上部與長方體水槽一端連通，連通處的中間由執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尾門控制器隔斷。
[0009]長方體水槽兩端為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩側(cè)由鋼筋框架組成，框架之間安裝有鋼化玻璃，便于觀察長方體水槽內(nèi)的試驗(yàn)過程。長方體水槽兩端底部設(shè)置進(jìn)水口和出水口，長方體水槽由進(jìn)水口和出水口與下面的循環(huán)管道連通。
[0010]循環(huán)管道為密封管道，分段設(shè)計(jì)，每段兩端設(shè)有法蘭，法蘭用螺栓連接，連接處填充密封材料。循環(huán)管道由底座支撐，循環(huán)管道兩端形成向上的彎管，兩端的彎管分別與長方體水槽兩端底部的進(jìn)水口和出水口連通，形成內(nèi)部連通的水流垂直循環(huán)回路。
[0011]蓄水箱為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)置在長方體水槽進(jìn)水口一端，蓄水箱上部與長方體水槽通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尾門控制器連通。
[0012]所述控制系統(tǒng)包括控制計(jì)算機(jī)與變頻器，控制計(jì)算機(jī)連接變頻器。變頻器分別連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動電機(jī)，控制計(jì)算機(jī)與采集系統(tǒng)的采集計(jì)算機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制?？刂朴?jì)算機(jī)連接變頻器，變頻器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動電機(jī)。控制計(jì)算機(jī)同時接收采集系統(tǒng)的反饋數(shù)據(jù)，根據(jù)反饋數(shù)據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)誤差，并自動修改控制參數(shù)發(fā)送給變頻器，變頻器根據(jù)修改后的控制參數(shù)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。
[0013]所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括軸流水泵、尾門控制器和潛水泵，控制系統(tǒng)的變頻器連接軸流水泵電機(jī)、尾門控制器電機(jī)和潛水泵電機(jī)。
[0014]軸流水泵設(shè)置在長方體水槽出水口下方的循環(huán)管道的外側(cè)，通過法蘭與循環(huán)管道連接，變頻器控制軸流水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，產(chǎn)生運(yùn)動的水流。
[0015]尾門控制器設(shè)置在長方體水槽與蓄水箱之間，安裝在長方體水槽端部的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上，通過伺服電機(jī)控制尾門的開度，以控制長方體水槽中水的溢出量。尾門控制器的開度范圍為0-90°，通過控制尾門不同的開度控制長方體水槽中的水位。當(dāng)尾門開度為0°時，長方體水槽的水無法通過尾門進(jìn)入到蓄水箱中；當(dāng)尾門開度為90°時，長方體水槽的水將以最大的流量進(jìn)入到蓄水箱中。
[0016]潛水泵設(shè)置在蓄水箱的上部，位于長方體水槽進(jìn)水口附近，可以將蓄水箱中的水不停的輸送到長方體水槽中，實(shí)現(xiàn)長方體水槽中水的補(bǔ)充和循環(huán)。
[0017]所述采集系統(tǒng)包括水位儀、流速儀和采集計(jì)算機(jī)，水位儀、流速儀設(shè)置在試驗(yàn)水槽的長方體水槽水中并與采集計(jì)算機(jī)連接，采集計(jì)算機(jī)與控制計(jì)算機(jī)連接。試驗(yàn)時，采集計(jì)算機(jī)首先接收測量到的水位儀和流速儀的數(shù)據(jù)，然后再將數(shù)據(jù)實(shí)時地反饋到控制計(jì)算機(jī)。
[0018]在潮汐流模擬試驗(yàn)時，首先在控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)中設(shè)定水位和流速等參數(shù)，變頻器根據(jù)設(shè)定參數(shù)確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)各自的電機(jī)轉(zhuǎn)速和方向，然后加電啟動電機(jī)。軸流水泵驅(qū)動水運(yùn)動，使水按照控制流速參數(shù)沿長方體水槽與循環(huán)管道形成垂直循環(huán)回路的流動。尾門控制器按照控制水位參數(shù)改變尾門開度，將長方體水槽的水排放到蓄水箱中，實(shí)現(xiàn)長方體水槽中不同的水位變化。潛水泵通過控制參數(shù)將蓄水箱中的水連續(xù)不斷的輸送到長方體水槽中，實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)。
[0019]在試驗(yàn)過程中，水位儀測量長方體水槽中的水位，流速儀測量長方體水槽中水的流速，測量數(shù)值輸入采集計(jì)算機(jī)，采集計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)實(shí)時的發(fā)送到控制計(jì)算機(jī)，控制計(jì)算機(jī)根據(jù)反饋數(shù)據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)偏差，并自動修改控制參數(shù)發(fā)送給變頻器，變頻器根據(jù)修改后的控制參數(shù)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。整個試驗(yàn)過程中，控制系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與采集系統(tǒng)協(xié)同工作，形成了完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)，提高了潮汐流模擬的準(zhǔn)確度。
[0020]本發(fā)明所涉及的閉環(huán)控制的潮汐流模擬試驗(yàn)裝置采用軸流水泵驅(qū)動水流運(yùn)動，由尾門控制機(jī)構(gòu)控制水位，利用潛水泵進(jìn)行水的補(bǔ)充和循環(huán)，采用控制系統(tǒng)和采集系統(tǒng)將三者聯(lián)系起來，形成各部分協(xié)同工作的閉環(huán)控制系統(tǒng)，能夠在試驗(yàn)水槽中產(chǎn)生更為精確的模擬潮汐流，為海洋環(huán)境監(jiān)測儀器設(shè)備和海洋能發(fā)電裝置開展動力環(huán)境試驗(yàn)提供了可靠的技術(shù)手段。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明涉及的一種閉環(huán)控制的潮汐流模擬試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖中標(biāo)記說明:
[0023]1.試驗(yàn)水槽2.尾門控制器
[0024]3.潛水泵 4.進(jìn)水口
[0025]5.水6.長方體水槽
[0026]7.水位儀 8.流速儀
[0027]9.出水口 10.軸流水泵
[0028]11.循環(huán)管道12.底座
[0029]13.蓄水箱
【具體實(shí)施方式】
[0030]結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。如圖1所示，本發(fā)明所涉及的一種閉環(huán)控制的潮汐流模擬試驗(yàn)裝置包括試驗(yàn)水槽1、控制系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和采集系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)設(shè)置在試驗(yàn)水槽I外并連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)和采集系統(tǒng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)置在試驗(yàn)水槽I內(nèi)，采集系統(tǒng)與控制系統(tǒng)相連接，采集系統(tǒng)的水位儀7與流速儀8置于試驗(yàn)水槽I水中并采集試驗(yàn)水槽I內(nèi)的水位和流速數(shù)據(jù)，實(shí)時將數(shù)據(jù)反饋到控制系統(tǒng)。
[0031]所述試驗(yàn)水槽I上部為內(nèi)部充水的長方體水槽6，下部為循環(huán)管道11，一端為蓄水箱13，循環(huán)管道11與上部長方體水槽6形成內(nèi)部連通的水流垂直循環(huán)回路。蓄水箱13上部與長方體水槽6 —端連通，連通處的中間由執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尾門控制器2隔斷。
[0032]長方體水槽6兩端為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩側(cè)由鋼筋框