基于模糊PID控制的主动造波系统研究与应用

张 浩,任万龙,华志励,刘 刚,郝宗睿*

1.齐鲁工业大学(山东省科学院) 海洋仪器仪表研究所,青岛 266100 2.山东省海洋仪器仪表科技中心,青岛 266100

造波在海洋工程模拟实验中占有重要的地位。一些模拟实验要求在有限的区域内尽可能真实地反映波浪环境[1-2]。最初的造波机控制方式为直流电机控制连杆机构驱动造波,但只能造规则波[3]。从上世纪七十年代开始采用电液模拟量伺服控制方式,美国的斯蒂文森水池可对规则波和不规则波进行模拟[4]。目前造波机的控制技术主要是交流伺服电机控制方式,该方式具有控制精度高,响应速度快的特点[2],上海交通大学的冲箱式造波机就是采用交流伺服电机加丝杠方式进行的造波。

在造波过程中波浪不可避免的会产生二次反射,对实验结果的准确性和可靠性造成影响[5]。为了消除反射波的影响,国内外专家学者提出了各种主动造波的理论。1990年,日本的Hironmaru[6]推导出吸收式造波理论,通过浪高仪实时反映的波高,在造波板原有位移上附加一个位移,使水槽中的二次反射波被完全吸收。1995年,Peter和Morten[7]根据两个浪高仪测得的波高采用数值滤波的方法分离出实时的反射波浪。然而这些吸收造波算法从水动力学模型出发,理论推导复杂。2007年徐旭[8]把PID算法运用到交流伺服控制的造波系统中,该算法控制简单,适用性强,但是它的系数在实际控制中需要不断的试验和修改,无法找到最理想的造波效果[4]。

本文以推板式造波为基础,对规则波进行研究和试验。……