一种闭环控制的潮汐流模拟试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及海洋动力环境试验装置，特别是涉及一种潮汐流模拟试验装置。
【背景技术】
[0002]在海洋开发利用过程中，海洋环境监测技术、海洋能开发利用技术等高新技术的研宄和发展是促进海洋可持续开发利用的重要环节。
[0003]然而，海洋环境是复杂多变的，潮流、波浪等要素直接作用于海洋环境监测仪器设备与海洋能发电装置上，影响设备的安全运行和可靠性。
[0004]因此，在海洋环境监测仪器设备和海洋能发电装置研制过程中，室内物理模拟试验是重要的研宄手段之一，通过室内海洋环境试验装置可再现海洋环境，验证海洋监测仪器设备和海洋能发电装置的技术指标、环境适应性及可靠性，为其技术发展提供科学依据，促进海洋高新科技研发成果的产业化进程。
[0005]现有能够产生模拟潮汐流的室内海洋环境试验装置大多为开环控制系统，缺少数据反馈环节，无法保证模拟潮汐的准确性，降低了试验结果的可信度。例如，控制系统只负责控制水位，并不接收采集系统反馈的水位数据，由于控制系统存在不可避免的误差和滞后性，因此会造成输入与输出的模拟潮汐数据之间产生一定的偏差，而这种偏差在长时间的试验时又会被不断的放大，严重影响了试验结果的准确性。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的海洋环境试验装置的潮汐流试验装置所存在的问题，本发明推出一种新型的基于闭环控制方法的潮汐流模拟试验装置，采用轴流水泵驱动水槽中的水流运动，由尾门控制器控制水槽水位，利用潜水泵进行水槽中水的补充和循环，采用控制系统和采集系统将三者紧密联系起来，形成各部分协同工作的闭环控制系统，构成以试验水槽为中心的室内模拟潮汐流试验装置，显著提高潮汐流模拟的准确性。
[0007]本发明所涉及的一种闭环控制的潮汐流模拟试验装置包括试验水槽、控制系统、执行机构和采集系统。控制系统设置在试验水槽外并连接执行机构和采集系统，执行机构设置在试验水槽内，采集系统与控制系统相连接，采集系统的水位仪与流速仪置于试验水槽水中并采集试验水槽内的水位和流速数据，实时将数据反馈到控制系统。
[0008]所述试验水槽上部为内部充水的长方体水槽，下部为循环管道，一端为蓄水箱，循环管道与上部长方体水槽形成内部连通的水流垂直循环回路。蓄水箱上部与长方体水槽一端连通，连通处的中间由执行机构的尾门控制器隔断。
[0009]长方体水槽两端为钢筋混凝土结构，两侧由钢筋框架组成，框架之间安装有钢化玻璃，便于观察长方体水槽内的试验过程。长方体水槽两端底部设置进水口和出水口，长方体水槽由进水口和出水口与下面的循环管道连通。
[0010]循环管道为密封管道，分段设计，每段两端设有法兰，法兰用螺栓连接，连接处填充密封材料。循环管道由底座支撑，循环管道两端形成向上的弯管，两端的弯管分别与长方体水槽两端底部的进水口和出水口连通，形成内部连通的水流垂直循环回路。
[0011]蓄水箱为钢筋混凝土结构，设置在长方体水槽进水口一端，蓄水箱上部与长方体水槽通过执行机构的尾门控制器连通。
[0012]所述控制系统包括控制计算机与变频器，控制计算机连接变频器。变频器分别连接执行机构的驱动电机，控制计算机与采集系统的采集计算机连接，实现闭环控制。控制计算机连接变频器，变频器执行机构的驱动电机。控制计算机同时接收采集系统的反馈数据，根据反馈数据计算数据误差，并自动修改控制参数发送给变频器，变频器根据修改后的控制参数控制执行机构工作。
[0013]所述执行机构包括轴流水泵、尾门控制器和潜水泵，控制系统的变频器连接轴流水泵电机、尾门控制器电机和潜水泵电机。
[0014]轴流水泵设置在长方体水槽出水口下方的循环管道的外侧，通过法兰与循环管道连接，变频器控制轴流水泵电机的转速和转向，产生运动的水流。
[0015]尾门控制器设置在长方体水槽与蓄水箱之间，安装在长方体水槽端部的钢筋混凝土结构上，通过伺服电机控制尾门的开度，以控制长方体水槽中水的溢出量。尾门控制器的开度范围为0-90°，通过控制尾门不同的开度控制长方体水槽中的水位。当尾门开度为0°时，长方体水槽的水无法通过尾门进入到蓄水箱中；当尾门开度为90°时，长方体水槽的水将以最大的流量进入到蓄水箱中。
[0016]潜水泵设置在蓄水箱的上部，位于长方体水槽进水口附近，可以将蓄水箱中的水不停的输送到长方体水槽中，实现长方体水槽中水的补充和循环。
[0017]所述采集系统包括水位仪、流速仪和采集计算机，水位仪、流速仪设置在试验水槽的长方体水槽水中并与采集计算机连接，采集计算机与控制计算机连接。试验时，采集计算机首先接收测量到的水位仪和流速仪的数据，然后再将数据实时地反馈到控制计算机。
[0018]在潮汐流模拟试验时，首先在控制系统的计算机中设定水位和流速等参数，变频器根据设定参数确定执行机构各自的电机转速和方向，然后加电启动电机。轴流水泵驱动水运动，使水按照控制流速参数沿长方体水槽与循环管道形成垂直循环回路的流动。尾门控制器按照控制水位参数改变尾门开度，将长方体水槽的水排放到蓄水箱中，实现长方体水槽中不同的水位变化。潜水泵通过控制参数将蓄水箱中的水连续不断的输送到长方体水槽中，实现水的循环。
[0019]在试验过程中，水位仪测量长方体水槽中的水位，流速仪测量长方体水槽中水的流速，测量数值输入采集计算机，采集计算机将数据实时的发送到控制计算机，控制计算机根据反馈数据计算数据偏差，并自动修改控制参数发送给变频器，变频器根据修改后的控制参数控制执行机构工作。整个试验过程中，控制系统、执行机构与采集系统协同工作，形成了完整的闭环控制系统，提高了潮汐流模拟的准确度。
[0020]本发明所涉及的闭环控制的潮汐流模拟试验装置采用轴流水泵驱动水流运动，由尾门控制机构控制水位，利用潜水泵进行水的补充和循环，采用控制系统和采集系统将三者联系起来，形成各部分协同工作的闭环控制系统，能够在试验水槽中产生更为精确的模拟潮汐流，为海洋环境监测仪器设备和海洋能发电装置开展动力环境试验提供了可靠的技术手段。
【附图说明】
[0021]图1为本发明涉及的一种闭环控制的潮汐流模拟试验装置的结构示意图。
[0022]图中标记说明:
[0023]1.试验水槽2.尾门控制器
[0024]3.潜水泵 4.进水口
[0025]5.水6.长方体水槽
[0026]7.水位仪 8.流速仪
[0027]9.出水口 10.轴流水泵
[0028]11.循环管道12.底座
[0029]13.蓄水箱
【具体实施方式】
[0030]结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明。如图1所示，本发明所涉及的一种闭环控制的潮汐流模拟试验装置包括试验水槽1、控制系统、执行机构和采集系统。控制系统设置在试验水槽I外并连接执行机构和采集系统，执行机构设置在试验水槽I内，采集系统与控制系统相连接，采集系统的水位仪7与流速仪8置于试验水槽I水中并采集试验水槽I内的水位和流速数据，实时将数据反馈到控制系统。
[0031]所述试验水槽I上部为内部充水的长方体水槽6，下部为循环管道11，一端为蓄水箱13，循环管道11与上部长方体水槽6形成内部连通的水流垂直循环回路。蓄水箱13上部与长方体水槽6 —端连通，连通处的中间由执行机构的尾门控制器2隔断。
[0032]长方体水槽6两端为钢筋混凝土结构，两侧由钢筋框