一种造波机运动控制方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及波浪模拟领域，特别涉及一种造波机运动控制方法和系统。本发明专利技术的控制方法将造出的正向波波形和目标波形进行比较，从而对正向波波形进行调整，最后得到满足用户需求的正向波或者斜波，不仅造波方式简单，而且造波速度快、控制精度高；对应的控制系统采用上位机和控制器对造波单元进行控制，不仅性价比高，节省布线，优化了控制结构和能耗，而且通讯更快更稳定且控制精度更高，满足了造波控制系统对同步性和实时性的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及波浪模拟领域，特别涉及一种造波机运动控制方法和系统。
技术介绍
通过造波机系统重现海洋波浪的随机运动已成为海洋工程试验的重要手段，造波机在世界范围内也已成为海洋工程实验室的基本设备。造波机主要是利用可控设备尽可能的模拟真实海况，为各种海洋科学实验提供可靠的海况物理模型，从而帮助海洋工程研究人员对不同的海洋结构物，如码头，港口，舰船，水上飞机等设计提供依据，以保证项目工程的经济性，安全性和可靠性。造波机按照造波方式主要分为机械式和空压式两种，而机械式造波机又包括摇摆式，推板式与冲压式，其中摇摆式因为结构简单，构件惯量小，重量轻，精度高而被广泛采用。目前造波机主要采用液压式或者交流伺服电机式进行驱动。采用液压方式作为驱动的造波机，因为液压装置的输出力矩大，可以驱动较大负载，在低速状况下可以运行良好，但是液压设备容易产生漏油的情况，不仅会对控制精度产生影响，而且会污染环境，不利于维护。而交流同步伺服电机驱动系统，因为响应快速、稳定且控制精度高，被越来越多的应用到造波机系统中。现有技术的交流伺服电机驱动的造波机控制系统，由上位机，运动控制器、伺服驱动器，交流同步永磁伺服电机组成，上位机通常是具有运动控制功能的PLC、数控系统或单片机系统，但是由于需要被控制的造波板数量多达到120～360根，甚至更多，因此需要对120～360个伺服电机进行同步实时控制，现有技术这种控制方式不仅很难满足造波系统的同步性、实时性要求，而且造出的波形波高和目标波形的波高也存在误差，从而影响后续实验的结果。
技术实现思路
本专利技术提供了一种造波机运动控制方法和系统，解决了以上所述的技术问题。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种造波机运动控制方法，包括以下步骤：步骤1，设定第一造波参数；步骤2，根据第一造波参数和预设的造波算法生成第一凸轮表；步骤3，读取所述第一凸轮表，根据预设的电子凸轮算法对所述第一凸轮表进行编译，并根据编译结果生成第一虚拟时间主轴；步骤4，按照所述第一虚拟时间主轴对每块造波板对应的电机伺服单元进行控制，生成实际正向波；步骤5，根据所述实际正向波的波形和目标波形生成第二造波参数，并重复步骤2～3，生成第二造波参数对应的第二虚拟时间主轴；步骤6，将所述第一虚拟时间主轴和第二虚拟时间主轴进行叠加，生成第三虚拟时间主轴；步骤7，采用所述第三虚拟时间主轴对每块造波板对应的电机伺服单元进行控制，生成目标波形。本专利技术的有益效果是：本专利技术的控制方法将第一次造出的正向波波形和目标波形进行比较，从而对正向波波形进行调整，最后得到满足用户需求的正向波或者斜波，不仅造波方式简单，而且造波速度快、控制精度高。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述目标波形包括规则正向波、不规则正向波、规则斜波和不规则斜波。进一步，当所述目标波形为规则正向波或规则斜波时，所述第一造波参数包括波浪周期、波高和波数；当所述目标波形为不规则正向波或不规则斜波时，所述第一造波参数包括造波时间间隔、波幅个数、造波时间、目标不规则波曲线、波谱类型、有义波高、有义周期和平均周期。采用上述进一步方案的有益效果是：本进一步技术方案中，通过设定第一造波参数，可以得到各种类型的波浪，满足用户多种情况下的造波需求。进一步，当所述目标波形为规则正向波或者不规则正向波时，所述第二造波参数为补偿波高，所述步骤5具体为：获取实际正向波当前波浪序列的实际波高和目标波形对应波浪序列的目标波高的第一差值，将所述第一差值设定为补偿波高，或者获取预设时间段内实际正向波每个波浪序列对应的所述第一差值，并计算所有第一差值的平均值，将所述平均值设定为补偿波高。采用上述进一步方案的有益效果是：本进一步技术方案中，当需要造出规则正向波或者不规则正向波时，将实际正向波和目标正向波的波高误差设定为第二造波参数，从而生成第三虚拟时间主轴对实际正向波的波高进行调整，通过这种闭环调整的方式，可以让造出的正向波更加符合目标波形。进一步，当所述目标波形为规则斜波或者不规则斜波时，所述第二造波参数为目标波形的倾斜角度对应的相邻两块造波板的相位差。采用上述进一步方案的有益效果是：本进一步技术方案中，当需要造出斜波时，首先造出正向波，然后调整相邻两块造波板的相位差从而调整正向波的倾斜角度，从而使正向波变成满足目标波形的斜波，造波方式简单高效。为了解决本专利技术的技术问题，还提供了一种造波运动控制系统，包括上位机、控制器和造波单元，所述上位机包括：参数设定单元，用于设定第一造波参数；参数生成单元，用于根据实际正向波的波形和目标波形生成第二造波参数；凸轮表生成单元，用于根据第一造波参数和预设的造波算法生成第一凸轮表，以及用于根据第二造波参数和预设的造波算法生成第二凸轮表；虚拟时间主轴生成单元，用于读取所述第一凸轮表或第二凸轮表，根据预设的电子凸轮算法对所述第一凸轮表或第二凸轮表进行编译，并根据第一凸轮表的编译结果生成第一虚拟时间主轴或者根据第二凸轮表的编译结果生成第二虚拟时间主轴；叠加单元，用于将所述第一虚拟时间主轴和第二虚拟时间主轴进行叠加，生成第三虚拟时间主轴；所述控制器用于根据所述第一虚拟时间主轴生成用于控制造波单元的第一控制指令，或者根据所述第三虚拟时间主轴生成用于控制造波单元的第二控制指令；所述造波单元用于按照所述第一控制指令对每块造波板对应的电机伺服单元进行控制，生成实际正向波，或者按照所述第二控制指令对每块造波板对应的电机伺服单元进行控制，生成目标波形。本专利技术的有益效果是：本专利技术的技术方案采用上位机和控制器对造波单元进行控制，不仅性价比高，节省布线，优化了控制结构和能耗，而且通讯更快更稳定且控制精度更高，满足了造波控制系统对同步性和实时性的要求。进一步，所述造波单元包括多个伺服驱动器和与每个伺服驱动器连接的伺服电机，每个伺服电机通过电动缸连接一个造波板；所述伺服驱动器用于根据第一控制指令或第二控制指令，生成伺服电机的正向运动命令或反向运动命令；所述伺服电机用于根据所述正向运动命令或反向运动命令在对应的时间点作正向运动或反向运动；所述电动缸用于将伺服电机的正向运动或反向运动转换为对应造波板的前向或后向直线运动，以便生成对应的实际正向波或目标波形。进一步，所述上位机和控制器采用ADS方式进行通信；所述控制器和伺服驱动器采用EtherCAT方式进行通信。采用上述进一步方案的有益效果是：本进一步技术方案中，上位机和造波单元采用EtherCAT方式进行通信，通讯速度快且网络稳定性高、诊断能力强。进一步，所述参数生成单元具体用于当所述目标波形为规则正向波或者不规则正向波时，获取实际正向波当前波浪序列的实际波高和目标波形对应波浪序列的目标波高的第一差值，将所述第一差值设定为第二造波参数，或者获取预设时间段内实际正向波每个波浪序列对应的所述第一差值，并计算所有第一差值的平均值，将所述平均值设定为第二造波参数。进一步，还包括检测单元，所述检测单元用于检测实际正向波任一波浪序列的实际波高。采用上述进一步方案的有益效果是：本进一步技术方案中，采用实时或者全局两种方式对造出的波形进行反馈调整，从而让造出的正向波更加符合目标波形。附图说明图1为实施例1一种造波机运动控制方法的流程示意图；图2为实施例2一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种造波机运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，设定第一造波参数；步骤2，根据第一造波参数和预设的造波算法生成第一凸轮表；步骤3，读取所述第一凸轮表，根据预设的电子凸轮算法对所述第一凸轮表进行编译，并根据编译结果生成第一虚拟时间主轴；步骤4，按照所述第一虚拟时间主轴对每块造波板对应的电机伺服单元进行控制，生成实际正向波；步骤5，根据所述实际正向波的波形和目标波形生成第二造波参数，并重复步骤2～3，生成第二造波参数对应的第二虚拟时间主轴；步骤6，将所述第一虚拟时间主轴和第二虚拟时间主轴进行叠加，生成第三虚拟时间主轴；步骤7，采用所述第三虚拟时间主轴对每块造波板对应的电机伺服单元进行控制，生成目标波形。

【技术特征摘要】
1.一种造波机运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，设定第一造波参数；步骤2，根据第一造波参数和预设的造波算法生成第一凸轮表；步骤3，读取所述第一凸轮表，根据预设的电子凸轮算法对所述第一凸轮表进行编译，并根据编译结果生成第一虚拟时间主轴；步骤4，按照所述第一虚拟时间主轴对每块造波板对应的电机伺服单元进行控制，生成实际正向波；步骤5，根据所述实际正向波的波形和目标波形生成第二造波参数，并重复步骤2～3，生成第二造波参数对应的第二虚拟时间主轴；步骤6，将所述第一虚拟时间主轴和第二虚拟时间主轴进行叠加，生成第三虚拟时间主轴；步骤7，采用所述第三虚拟时间主轴对每块造波板对应的电机伺服单元进行控制，生成目标波形。2.根据权利要求1所述的造波机运动控制方法，其特征在于，所述目标波形包括规则正向波、不规则正向波、规则斜波和不规则斜波。3.根据权利要求2所述的造波机运动控制方法，其特征在于，当所述目标波形为规则正向波或规则斜波时，所述第一造波参数包括波浪周期、波高和波数；当所述目标波形为不规则正向波或不规则斜波时，所述第一造波参数包括造波时间间隔、波幅个数、造波时间、目标不规则波曲线、波谱类型、有义波高、有义周期和平均周期。4.根据权利要求3所述的造波机运动控制方法，其特征在于，当所述目标波形为规则正向波或者不规则正向波时，所述第二造波参数为补偿波高，所述步骤5具体为：获取实际正向波当前波浪序列的实际波高和目标波形对应波浪序列的目标波高的第一差值，将所述第一差值设定为补偿波高，或者获取预设时间段内实际正向波每个波浪序列对应的所述第一差值，并计算所有第一差值的平均值，将所述平均值设定为补偿波高。5.根据权利要求3所述的造波机运动控制方法，其特征在于，当所述目标波形为规则斜波或者不规则斜波时，所述第二造波参数为目标波形的倾斜角度对应的相邻两块造波板的相位差。6.一种造波机运动控制系统，其特征在于，包括上位机、控制器和造波单元，所述上位机包括：参数设定单元，用于设定第一造波参数；参数生成单元，用于根据实际正向波的波形和目标波形生成第二造波参数；凸轮表生成单元，用于根据第一造波参数...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜佳成，陈宗雨，杨合跃，贺东升，夏风，
申请(专利权)人：武汉菲仕运动控制系统有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42