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水槽造波机控制系统

本系统以德国LENZE交流伺服控制器及同步电机为核心部件。LENZE交流伺服控制器具有极高的控制精度和灵活的内部数据处理模块，是造波机性能能够达标的重要保障。以台湾研华工控计算机加CAN通讯卡组成，由波流控制软件进行集中监控和数据分析处理。

造波机系统概述

图：水槽伺服造波系统参数设置框图

2.1控制柜主旋钮开关上电，面板上的总电源指示灯应点亮；电压正常后方可进行以下操作;

2.2在控制柜面板上按下 “推板电机上电”按钮，“推板准备状态”指示灯点亮。之后的操作在工控机上进行。

2.3 给工控机上电并启动进入WINDOWS 7 操作系统；

造波机参数设置2.4双击桌面上“水槽造波控制软件”快捷图标进入启动界面

左上区为造波状态指示区，可显示当前推板位移和通讯状态。若计算机与控制柜中的伺服控制器连线正确并且伺服控制器已上电，则软件将与伺服控制器建立通讯。“通讯状态”栏显示当前的通讯情况。右上区为现场信号监视区域,显示浪高仪的实际采集电压(注:电压显示为3.01V时,表明浪高仪在水中的中间位置,即控制系统所需的零位,初次入水安装时需确保显示该数据),造波板左右限位状态和系统急停状态。

规则波和不规则波控制区分页显示。进入主控界面时默认显示的是规则波控制页面。要切换到不规则波控制页面可用鼠标点击“不规则波”选项卡。

规则波

在“规则波”选项卡，“规则波参数设置”的“行程”设定范围为0~400mm(全行程)；“频率”设定范围为0~1.7Hz。例如设定“幅值”为100mm，频率为0.5Hz，则造波信号为频率0.5Hz，推板幅值以丝杆中心为零位在±50mm按正弦变化。“造波时间”单位为秒，按下“开始” 按钮启动造波后计时到该设定值时自动停止造波。

按下“开始”按钮，若造波推板当前不在零位，则控制推板缓慢回到零位后开始造波；在造波过程中按下“停止”按钮，则根据在菜单“选项”中设置的停止方式停止造波，若设置的停止方式为“立即停止”，则按下“停止”按钮后造波板立即停止；若设置的停止方式为“缓慢停止”，则按下“停止”按钮后造波板幅值逐渐减小至零位停止；缓起和缓停的目的是减少对机械系统的冲击。

在造波过程中，按下“开始采样”按钮，若在菜单“文件”\“波形存储”项已设置好存储位置，则直接开始记录浪高仪采样数据，否则弹出对话框请求设置采样数据文件的存储位置后开始采样。采样间隔为20ms，在采样过程中按下“停止采样”按钮，则停止记录浪高仪采样数据。浪高仪采样数据记录为文本文件，扩展名为“.txt”

数据记录文件自动以幅值和频率命名，例如：GZ-H5.0F0.2.txt，若有同名文件存在，加编号，例如：GZ-H5.0F0.2#2.txt。

界面下方为图形显示区，可同时显示“造波数据” 、“推板位移” 、“采样数据”。用户在右边的控制区可选择是否显示某一数据。点击“显示波形”按钮，显示实时曲线；在显示过程中点击“不显示波形”按钮，实时曲线停止变化。

在正弦波造波过程中主控界面退出无效。

不规则波

图6 控制软件主控界面-不规则波

点击“调用造波文件”弹出对话框，选择不规则波程序产生的时间序列文件。“开始”按钮使能。按下“开始”按钮，若造波推板当前不在零位，则控制推板缓慢回到零位后开始造波；在造波过程中按下“停止”按钮，则停止造波。

2.6 造正弦波，不规则波操作步骤

安装好浪高仪测针，浪高仪距推板约>10米。浪高仪预热15~30分钟；（本步骤非必须）
启动计算机，进入波流控制软件主控界面；
确认控制软件与伺服控制器通讯正常；浪高仪预热时间到后测出浪高仪系数并在控制软件菜单“选项”\“参数设置”中设置好浪高仪系数。在菜单“文件”\“波形存储”设置浪高采样文件保存位置；
设置好正弦波参数和外触发信号参数；
按下软件“开始”按钮开始造波，待波浪传递至浪高仪测针位置按下“开始采样”按钮开始采样。
造波设定时间到或按下“停止”按钮停止造波。
等待水面基本平静；
重复步骤（4）~（7）造波；
安装好浪高仪测针，浪高仪距推板约>10米。浪高仪预热15~30分钟；（本步骤非必须；）
启动计算机，进入控制软件主控界面；
确认控制软件与伺服控制器通讯正常；浪高仪预热时间到后测出浪高仪系数并在控制软件菜单“选项”\“参数设置”中设置好浪高仪系数。在菜单“文件”\“波形存储”设置浪高采样文件保存位置；
用不规则波程序生成目标谱的造波时间序列文件；

1．谱型选择，PM谱或者J谱

2．谱型参数选择，有义波高和平均周期

3．目标谱生成后存入路径和文件名选择，文件名后缀为“.SPO”。

4．传递函数选择，在对一系列规则波进行测试后，计算出了该水池的传递函数，并把生成的传递函数文件调入到该选项中，安装文件附带的是关于该水槽500MM深时的传递函数文件。

5．输入谱存盘路径和文件名选择，输入谱是利用目标谱和传递函数计算后生成适合于该水槽的谱文件，文件名后缀为“.SPi”。

输入谱生成后要转换成适合伺服驱动器的信号文件，文件后缀名为“.out”,在造波时间选择上，一定要符合大于420s采集时间这个前提，默认是500s。

(5) 从波流控制程序的不规则波界面调用“.out”造波时间序列文件；按下软件“开始”按钮开始造波，待波浪传递至浪高仪测针位置按下“开始采样”按钮开始采样。

（6）造波设定时间到或按下“停止”按钮停止造波；

（7）用不规则波程序调用浪高采样文件，比较目标谱与实测谱，若不符合要求，进行修正，读取输入谱文件，然后点击“修正输入谱”按钮，完成后点击“显示修正结果”，察看后修正后对比曲线，最后把修正好的结果再生成输入谱文件，通过点击“保存修正结果”来完成，得到修正好的输入谱文件后，再进入“生成控制信号”界面，选择输入谱文件，产生新的电机控制序列文件文件后缀名为“.out”

（8）待水面基本平静；

（9）重复步骤（5）~（8）至实测谱与目标谱的误差满足要求；

（10）若不再造波，按下控制柜面板上的“停止”按钮，伺服控制器断电，退出控制软件，计算机软关机。

2.7 传递函数测量方法

传递函数的测量方法采用的是做一系列的规则波试验求得。在0.2~1.7Hz频率范围内，对某一频率，改变正弦波控制信号的幅值，从小到大，造规则波，当幅值大到一定程度时水池中的波浪形状开始变差甚至破碎，就可知道在该频率已达正弦波的造波能力极限，不能再增大该频率的造波控制信号的幅值。通过一系列的正弦波试验，可求得造波机的频率响应特性曲线，形状示例如下：

求得该特性曲线后，若要造某一幅值H（mm）和频率F（Hz）的正弦波，可从该曲线计算出造波控制信号的幅值S（mm），在规则波界面上输入即可。

水槽造波机控制系统概述-流体工程试验