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双向流水槽模拟潮汐的控制技术研究

作 者: 李春芳
导 师: 徐大诚
学 校: 苏州大学
专 业: 信号与信息处理
关键词: 潮汐模拟 调和分析 PID自适应控制 动态数据交换 组态软件
分类号: P731.23
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 29次
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内容摘要


在河工、水工模型试验中,潮汐的模拟试验一直是研究自然现象、防御自然灾害、河口治理及确定工程设施等的重要手段之一。本课题基于河海大学海岸灾害与防护教育部重点实验室建立的环境海洋风暴潮双向流水槽,研究出一套潮汐的模拟方法。该方法利用调和分析法分析潮汐,获得潮汐预报数据,进而在控制系统上进行程序设计,实现对预报的潮汐的研究。文中首先阐述了河工物理模型试验及潮汐分析预报的发展状况,并研究了两种模拟潮汐的基本方法,潮汐调和分析法与自适应控制方法。对前者从分潮的选择、计算机上最小二乘法实现到各变量求解、结果分析等各方面进行了详细研究;对后者的介绍包括建模、参数估计等。在此基础上描述了控制系统的硬件结构与特点,系统控制对象为环境海洋潮流实验水槽,生潮方式为尾门上溢水;系统为分布式I/O监控系统,核心控制机构为PC机,用来监控系统运行,另外,采用可编程控制器及远程I/O模块用来处理水位数据。文中实现模拟的控制系统以“组态王”为主要软件平台,完成对整个系统资源的监控和配置。利用MATLAB对输入实测数据进行调和分析,得到潮汐预报曲线;按照DDE协议设计完成MATLAB与“组态王”的通信,使预报曲线作为组态王中的设定曲线供控制算法使用。PAC及远程I/O模块完成现场数据采集及处理、传送正确的控制指令给执行机构等功能。最后,在“组态王”中通过PID控制算法得到系统调节输出,控制尾门执行机构,得到模拟的预报潮汐,供研究使用。最后,基于文中给出的潮汐模拟方法,通过在双向流水槽上试运行,测得了相关数据,并进行了分析,达到预期效果。文中还谈及了系统设计的某些不足和可以进一步改进和完善之处,希望给相关技术人员以参考。

全文目录


中文摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-12
  1.1 引言  9-10
  1.2 本文的研究目的和意义  10
  1.3 本文所做工作  10-11
  1.4 本章小结  11-12
第二章 潮汐的分析与模拟方法  12-26
  2.1 潮汐分析预报与模拟  12-13
    2.1.1 潮汐模拟控制方法要求  12
    2.1.2 潮汐分析研究  12-13
  2.2 调和分析法  13-19
    2.2.1 分潮选取  14
    2.2.2 最小二乘法分析潮汐  14-16
    2.2.3 判断分析结果  16-17
    2.2.4 各分潮σ、V、u、f 的计算  17-19
  2.3 自适应控制方法  19-24
    2.3.1 潮汐模型建立  19-22
    2.3.2 控制器设计  22-23
    2.3.3 参数整定  23-24
  2.4 本章小结  24-26
第三章 双向流水槽控制系统硬件架构  26-32
  3.1 系统环境介绍  26
  3.2 硬件架构介绍  26-31
    3.2.1 设备  27-28
    3.2.2 数据采集系统  28-30
    3.2.3 通信系统  30
    3.2.4 监控计算机  30-31
  3.3 本章小结  31-32
第四章 潮汐模拟系统控制软件开发研究  32-43
  4.1 潮汐模拟系统软件开发方案  32
  4.2 系统控制模块  32-34
    4.2.1 组态软件  32-33
    4.2.2 MATLAB 及DDE 协议  33-34
  4.3 系统数据采集及处理模块  34
  4.4 系统实现  34-41
    4.4.1 潮汐调和分析算法  35-36
    4.4.2 控制算法  36-37
    4.4.3 通信连接  37-40
    4.4.4 实时数据采集及处理算法  40-41
  4.5 本章小结  41-43
第五章 系统数据测试及分析  43-46
  5.1 系统数据测试  43-44
  5.2 结果分析  44-45
  5.3 全文总结  45
  5.4 研究展望  45-46
参考文献  46-49
攻读硕士学位期间发表的论文  49-50
附录 1 Matlab 调和分析部分程序  50-55
附录 2 系统图示  55-56
致谢  56-57

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 海洋学 > 海洋基础科学 > 海洋水文学 > 海洋动力学 > 潮汐
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