一种防止河工模型尾门快速扰动的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种防止河工模型尾门快速扰动的控制方法，该方法可用于控制尾门启动阶段和目标水位降幅较大阶段的尾门快速扰动，本发明专利技术在尾门初始启动阶段引入阶梯式逐级开启模式控制尾门的开启，对因初始水位较高、第一阶段目标水位较低所引起尾门快速扰动进行了控制，避免了水流过快冲坏河工模型动床地形的情况发生，从而保证尾门启动阶段模型水位的平稳过渡。本发明专利技术在目标水位降幅较大阶段，将目标水位变化过程分解成阶梯式逐级下降的过程，避免了河工模型试验过程中因目标水位降幅过大造成的水流对模型动床地形的冲击。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于河工模型试验
，具体涉及一种防止河工模型尾门快速扰动造成水流冲击模型地形的控制方法。
技术介绍
在河工模型试验中，尾门水位的平稳、精确控制，是保证模型试验准确模拟天然水流过程的重要前提之一。在河工模型试验尾门水位控制过程中，如因控制方法不当造成尾门快速扰动，将会形成较大的水流冲击，导致模型动床地形严重破坏。河工模型试验中容易发生这种冲击的情况有两种，一是在模型试验开始阶段，模型初始蓄水位比较高，或者前一天实验结束后为模型保水，关闭了尾门，使得第二天试验开始时模型水位处于高位，而试验开始的目标水位又比较低，造成启动阶段尾门实际水位比目标水位高很多，如果简单按正常模式由控制器自动进行调节，势必使尾门快速开启，造成对模型地形的冲击。另一种是在模型概化过程中，目标水位也可能出现较上一阶段大幅下降的情况，如汛期过后，水位快速下落。此时，不采取适当措施，任由尾门按正常自动PID调节模式进行调节控制，由于误差输入较大，必然会产生较大的调节量输出，造成尾门的快速扰动，从而导致对模型动床地形的严重冲击。所以，尾门控制器除了在正常情况下对目标水位变化过程进行快速跟踪调节外，在尾门初始启动阶段和目标水位大幅下降阶段保持尾门平缓控制，尽可能防止对于模型动床地形的冲击是尾门水位控制非常重要的方面。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提出了，可避免尾门快速扰动对模型动床地形的破坏。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案:，用于尾门启动阶段，包括步骤:SI，在尾门启动阶段，尾门控制器获取河工模型的当前实际水位；S2，判断当前实际水位和第一阶段的目标水位的大小，若当前实际水位高于目标水位，则采用阶梯式逐级开启模式开启尾门，所述的阶梯式阶梯式逐级开启模式开启尾门指每隔AT时间将尾门开度增加ΛΚ%，时间间隔AT和开度步长ΛΚ%是根据实际河工模型大小和槽蓄能力设定的经验值；若当前时间水位低于目标水位，执行步骤S4 ；S3，在整个尾门启动阶段，尾门控制器实时检测河工模型的当前实际水位，一旦检测到当前实际水位低于目标水位，则停止阶梯式逐级开启模式，然后执行步骤S4 ；S4，采用自动调节模式对尾门进行调节控制。用户可通过设定时间间隔ΛΤ和开度步长八1(%控制尾门的开启速度。时间间隔AT和开度步长ΛΚ%的设定要考虑实际河工模型大小、槽蓄能力等多种因素，针对实际对象整定合适的时间间隔AT值和开度步长八1(%值，这样才能在尾门启动阶段确保水位平稳过渡并不破坏模型动床地形，并尽可能缩短过渡过程。时间间隔AT和开度步长Λ K%可采用如下方法进行整定:(I)设定初始值:时间间隔AT=IOs,开度步长ΛΚ%=2%，将河工模型的当前实际时间水位维持为最高水位，第一阶段的目标水位设为最低工作水位；(2)根据设定的时间间隔AT和开度步长ΛΚ%逐级增加尾门开度，并观察尾门水位变化过程，根据经验做如下判断:如果水流速度过快，对河工模型地形造成冲刷，则执行步骤(3);如果水流速度过慢，水位下降时间过长，则执行步骤(4);如果水流速度适当，水流平稳，没有对河工模型地形造成明显冲刷，此时设定的时间间隔AT和开度步长ΛΚ%即为优选的时间间隔和开度步长值；(3)增加时间间隔AT或/和减少开度步长ΛΚ%，例如，可调整时间间隔AT=15s，Λ K%不变，然后，重复步骤(2)；(4)减小时间间隔AT或 /和增加开度步长八1(%后，重复步骤(2)。通常，开度步长Λ Κ%取值范围为2 5%，时间间隔Λ T取值范围为10 30s。当尾门为翻板式尾门时，在采用阶梯式逐级开启模式开启尾门前，根据河工模型的当前实际水位，直接将翻板式尾门开度置为初始开度K0，S卩，直接将尾门开启到其出口与河工模型当前实际水位平齐，然后再采用阶梯式逐级开启模式开启尾门，可减少尾门开启的空行程时间。所述的初始开度KO = (arCCOS(h/H)/90)*100，其中，h为河工模型的当前实际水位；H为尾门高度，90为尾门的角行程；K0为相对开度，用满行程百分比表示。另，用于河工模型试验过程中目标水位降幅较大时预防尾门快速扰动的控制。在河工模型试验中，可能出现目标水位降幅较大的情况，如果此时仍按自动PID调节模式，将会造成尾门的快速扰动，针对上述情况，可采用如下方法对尾门快速扰动进行控制:SI，当河工模型的目标水位发生变化时，判断前后阶段的目标水位降幅ΛΗ和设定的分级水位最大允许降幅AHmax的大小，所述的分级水位最大允许降幅即分级水位降幅Λ Hmax，其为根据实际河工模型大小和槽蓄能力设定的经验值；S2，若目标水位降幅ΛΗ不大于分级水位降幅AHmax，则将当前阶段的目标水位H1设置为控制目标水位Hrau,即，Hobj=H1 ；S3，若目标水位降幅ΛΗ大于分级水位降幅AHmax，则对当前阶段的目标水位分级，并根据分级水位降幅△ Hmax设置各级控制目标水位Η_，尾门控制器根据各级控制目标水位逐级调节水位降幅。上述各级控制目标水位如下:IHobk =Η0- *ΔΗ.—$*ΔΗ眼 <ΔΗ时Ihobji =H1当ΔΗ 时其中，Htwi为第i级控制目标水位；Hq为上一阶段目标水位，H1为当前阶段的目标水位；Δ Hniax为分级水位降幅；i为分级编号，i=l,2，…，η, η为所有分级的数量，η= 表示上取整；针对各级控制目标水位，尾门控制器按如下方法逐级调节水位降幅:对于前η-1级的控制目标水位，每隔ATtl时间水位的降幅为AHmax;对于第η级的控制目标水位直接设为H1，即该级水位降幅为ΛΗ-(η-1)ΛΗ_，所述的时间间隔Λ Ttl是根据实际河工模型大小和槽蓄能力设定的经验值。用户可根据实际河工模型大小、槽蓄能力等多种因素设定时间间隔ATc^P分级水位降幅Λ Hmax。时间间隔ATc^P分级水位降幅Λ Hmax可采用如下方法进行整定:(I)设定初始值:时间间隔ATQ=5s，分级水位降幅AHmax=5mm，设定前后阶段目标水位降幅AH=30mm;(2)根据设定的时间间隔ATc^P分级水位降幅AHmax逐级调节水位降幅，并观察尾门水位变化，根据经验做如下判断:如果水流速度过快，对河工模型的地形造成冲击，则执行步骤(3);如果水流速度·过慢，则执行步骤(4);如果水流速度适当，则此时设定的时间间隔ATc^P分级水位降幅AHmax即为优选的时间间隔ATc^P分级水位降幅AHmax;(3)增加时间间隔Λ Ttl或/和减少分级水位降幅AHmax后，重复步骤(2)；(4)减小时间间隔Λ Ttl或/和增加分级水位降幅AHmax后，重复步骤(2)。通常，时间间隔ATtl取值范围为5 25s，分级水位降幅AHmax取值范围为5 20mmo本专利技术中，时间间隔、开度步长和分级水位降幅均是根据实际情况设定的经验值，其值可以在实验过程中根据具体的模型大小、槽蓄能力等因素被不断优化。本专利技术在尾门启动阶段，当模型的初始水位高于第一阶段的目标水位时，引入阶梯式逐级开启模式，直到河工模型的实际水位低于第一阶段的目标水位为止，对因初始水位较高、第一阶段目标水位较低所引起尾门快速开启进行了控制，避免了水流过快冲坏河工模型动床地形的情况发生，从而保证尾门启动阶段模型水位的平稳过渡。本专利技术在模型试验过程中目标水位发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防止河工模型尾门快速扰动的控制方法，用于尾门启动阶段，其特征在于，包括步骤：S1，在尾门启动阶段，尾门控制器获取河工模型的当前实际水位；S2，判断当前实际水位和第一阶段的目标水位的大小，若当前实际水位高于目标水位，则采用阶梯式逐级开启模式开启尾门，所述的阶梯式阶梯式逐级开启模式开启尾门指每隔ΔT时间将尾门开度增加ΔK%，时间间隔ΔT和开度步长ΔK%是根据实际河工模型大小和槽蓄能力设定的经验值；若当前时间水位低于目标水位，执行步骤S4；S3，在整个尾门启动阶段，尾门控制器实时检测河工模型的当前实际水位，一旦检测到当前实际水位低于目标水位，则停止阶梯式逐级开启模式，然后执行步骤S4；S4，采用自动调节模式对尾门进行调节控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马志敏，胡文斌，胡向阳，许明，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：