一、计算机技术在方向谱造波机控制软件中的应用（论文文献综述）
赵艺阳[1]（2021）在《造波机控制技术研究》文中提出采用先进的波浪模拟控制技术的造波机系统,能够在实验水域内精准模拟产生波浪,并使其作用于各种模型结构物上,对海岸和近海工程设计、波浪理论的研究等具有重要意义。波浪模拟控制技术属于多学科交叉的技术范畴,涵盖了波浪理论、运动控制、机械构造、信号电子技术等多学科知识。本文根据工程项目中遇到的相关问题,分别对波浪模拟控制系统中的运动控制技术、数据处理方法、软件功能设计中的关键问题进行了深入研究。本文以波浪理论为基础,通过控制方程及边界条件给出速度势解,由速度势解进一步得到波浪与造波机间的传递函数,从而使电机的位置-时间序列与波谱的时间序列相对应。在运动控制技术方面,本文针对多个ZMP嵌入式控制器间的同步问题,设计了一种同步信号卡,集成于系统的上位机中,从而通过上位机实现多控制器的同步控制。本文针对运动控制过程中的实时插值问题,提出了一种循环冗余插值算法,通过分批次进行插值运算,提高了计算效率,并解决了因线性外推而导致的速度不连续问题。针对造波机运动控制中伺服轴的启停问题,采用余弦轨迹多重拟合的启停控制算法,并在大惯量造波机系统中得到了良好效果。在数据处理方面,原有凑谱方法对造波文件直接进行修正,凑谱过程要进行多次实验,效率低下。本文通过频率响应法得到了造波板与波高的传递函数,并通过汉明窗谱估计方法求解行进波传递函数和瞬态波传递函数,经实验验证,具有较高的效率。在软件设计方面,本文针对不同的网络类型设计了不同的通信方式,设计了一种网络心跳检测方案进行网络连接状态的检测和重连,针对大文件传输问题采用FTP协议进行文件传输,针对异常检测设计了一种高效、稳定的检测方案。本文所给出的技术方案和技术方法,经工程实践,具有较强的实用性,对波浪模拟控制系统的研制开发具有重要意义。
刘壮[2]（2020）在《大型多向造波机的控制系统设计优化》文中研究说明如何真实地重现海上波浪的随机运动现象,从而提高实验研究的精度,一直是国内外海工模型实验非常关注的问题。多向造波机因具有产生多向不规则波的能力而更加逼近海上真实的波浪,因此受到广大海工科研人员的高度关注,目前已成为海工实验室必备的重型装备之一。然而伴随着现今科技水平的高速发展,人们对海洋资源深度探知与开发的渴望越来越强,因而对实验精细化水平的要求也越来越高,这促使波浪模拟的品质需求越来越高,这一需求不仅会影响到造波机结构的变化,而且还会大幅度提升运算载荷。为此本文将从控制系统优化的角度对现有的大型多向造波机系统进行改进与优化,该工作将为下一代具有更高计算复杂度的大型多向造波装备的研制奠定基础。多轴、大运算量和高精稳定控制是新一代造波机的三个基本特征。因而,传统上“单PLC控制器+驱动器+电机”的造波控制方式也会因控制轴数和计算能力的限制而影响到造波水平的进一步提升。为此,本文采用了现代具有高性能计算能力的且带有软PLC的新型控制器代替原来造波机所广泛采用的传统PLC控制器进行设计,同时为新一代多板造波机构建了基于EtherCAT工业以太网的多控制器分组控制结构,并针对分组控制时控制器间的同步问题,提出了多控制器造波机的时钟同步方法,其中包括同一控制器多轴间同步控制设计与不同控制器间的任务时钟同步设计。与此同时,在本文所构建的控制结构基础上,针对造波板行进轨迹的顺滑问题,结合运动控制技术探索了轨迹插值方法,并在此基础上设计了适用于当前造波控制需求的数据插补方法。接下来,本文针对造波机启停不当时所激发错误波浪的问题,深入研究了电机启停控制曲线的计算方法,并在此基础上设计出余弦造波启停控制曲线。最后,本文基于新构建的多控制器多板造波控制结构进行了控制软件的设计,并在设计过程中着重考虑了多板造波机的协调控制效率问题和今后造波系统扩展升级的需求。本文以海工实验室当前所面临的大型多向造波机更新换代为背景,以清晰模块化的方式进行控制系统设计与问题研究,在整个研究与设计过程中将造波机控制结构分为实时和非实时两个部分:在实时部分中着重突出时钟同步控制的精度和数据插补的高效;在非实时部分中着重突出造波控制运行的顺滑以及系统稳定性。最后,在海岸和近海工程国家重点实验室中搭建了新型多板造波机测试样机,并通过实验验证了本文工作的有效性,其中在多控制器系统的同步控制精度上、系统性能和可靠性上均达到了新一代造波机控制系统的设计要求。本文的工作将为今后更加精细、准确的波浪谱模拟打下坚实的技术基础并提供了设备保证。
田野[3]（2020）在《摇板式造波机系统的研究》文中研究表明近年来,造波装置在船舶设计、海工平台设计等领域发挥着重要作用,可以用其产生期望的波浪来模拟实际波浪对结构物的影响。目前,部分实验室为模拟水流对泥沙的搬运以及之后的沉积,也用造波机来产生波浪。本项目来源于某单位委托设计的项目:水波模拟实验造波机系统的设计,该造波装置主要用于产生指定波长的规则波和随机波,进而模拟波浪对地质的影响。本文基于项目给定的基本要求,对整个水池摇板式造波机的机械系统、控制系统等主要部分进行了分析和研究,并基于该造波系统的设计参数,建立数值分析模型,对该水池摇板造波过程进行了成型效果仿真。首先,本文基于模拟实验水池的实际情况,分析了现有波高公式的局限性,并基于体积不变的假设,推导了适用于试验水池的浅水摇板造波公式,得到了该试验水池环境下,摇板波高与摇板安装角度、摇板转动角速度的关系。然后,依据此浅水造波结论,结合水动力理论,分析了水波对摇板的作用力,完成了模拟造波机的三维结构设计和实物的现场安装,对摇板进行了有限元分析,结果表明,摇板符合强度和刚度的要求。接着,对造波机的控制系统进行了研究,采用了目前国内外主流的交流伺服控制系统,完成了模拟试验水池控制系统的设计。最后,对该造波系统进行了造浪成型效果仿真,完成了规则波和不规则波的模拟,结果表明造波机能够很好的满足模拟实验的要求,且进一步验证了基于等体积流量法的实验水池浅水造波理论的正确性。通过对水池波浪产生方法的研究,可以为摇板式造波机在浅水造波中的应用提供参考,为海洋工程装备的开发提供重要依据。
丁可[4]（2018）在《基于EtherCAT的多控制器同步的造波机控制系统设计》文中认为在海洋工程领域,造波机是一种十分重要的大型实验设备,其可以在实验室环境中模拟海洋波浪。对研究波浪作用对于海洋建筑物及船舶的影响,提供了有利的实验条件。研究造波机控制系统对于开发海洋资源,发展海上经济具有重大的现实意义。本文结合造波机的发展历史和工作原理,以及对运动控制器技术和控制网络技术的研究,设计了一种基于EtherCAT网络的多控制器同步的造波机控制系统。深入研究了EtherCAT网络的时钟同步原理和同步触发机制,分析了多个控制器间时钟同步的过程,基于EtherCAT的同步触发机制,提出了一种延迟补偿算法,解决了由于上电时刻不同导致的多控制器间多轴运动不同步的问题,有效的提高了多控制器间的同步性。同时,设计了造波机软件控制系统,采用MFC技术开发了上位机控制软件,采用德国BECKHOFF公司的TwinCAT平台开发了下位机控制软件。上位机与下位机之间采用BECKHOFF的ADS通信技术传输控制指令。针对上位机生成的波浪数据过大的问题,采用FTP协议传输波浪数据文件的解决方案;同时下位机采用双缓存交替读取文件的方式读取波浪数据,满足了实时运动控制对数据的使用要求。由于FTP协议可以传输较大的波浪数据文件,因此,下位机不必再进行插值运算,提高了造波的精度。另外,设计了一个64位的变量表示运行中的各种错误信息,可以精确到每根轴的错误,上位机对此变量注册异步通知,可以实时获得下位机的故障信息,并且使用Easylogging++日志工具对故障信息进行日志记录,方便日后查看。最后,在实验室中搭建了实验平台,验证了多控制器间控制的同步性,以及整个系统解决方案的可行性。本设计给出的解决方案,为研制三维主动吸收式的水池造波机系统,提供了有力的技术支持和保障。
王喜林[5]（2018）在《面向窄带谱的造波机主动吸收技术研究》文中进行了进一步梳理在海洋工程等领域的模型实验中,造波机作为产生波浪的重要仪器,旨在准确地模拟海浪,人类对造波机的研究、造波理论的研究有着非常重要的意义。然而,与真实海洋环境相比,实验室多在水槽或者水池等封闭的环境内模拟海浪,存在二次反射问题,即造波板推出入射波,入射波遇到水槽壁或者结构物反射,反射波遇到造波板再次反射,此时产生二次反射波,之后多次反射,波浪环境已经被破坏,不光有目标波浪,还有多次反射波的干扰,这种情况下测得的实验数据必然是不准确的。因此,消除二次反射波具有非常重要的意义。为消除造波机与结构物间的二次反射波影响,可利用造波机在产生目标波的同时产生补偿波来消除二次反射波,该方法称为造波机主动吸收技术。本文首先介绍了造波理论、主动吸收理论、造波机的历史发展,介绍了推板式造波机主动吸收控制方程,推导了单频率的规则波的主动吸收控制方程;不规则波可以看作由多个频率的波叠加而成,使得其吸收控制方程不能在时域内求解,因此选择在频域内对其分析,将时域内的控制方程变换为频域下的控制方程,但是由于无法求出频域传递函数的解析解,只有数值解,不能用于主动吸收控制,因此采用滤波器拟合频域下的控制方程,代替其实现时域下的主动吸收控制。传统方式是采用全频域内的优化计算方法,而波浪频率主要分布在[0.5,2]Hz,并且单一波谱情况下根据其主频分布,波谱覆盖的频率范围更小,基本属于窄带谱范围,全频域优化计算不仅复杂而且繁琐,涉及到频率域内的所有传递函数校正。且当水深变化后仍需做同样的工作。本文采用最小均方自适应（LMS）算法,可根据时域数据并针对该数据本身频率范围计算控制参数,将LMS算法计算得到的传递函数拟合值与理论值作对比,经过误差分析,得出误差最小的抽头权值,然后导入有限长冲激响应滤波器中。通过Simulink模型仿真验证该方法所得控制参数在二维水槽中的主动吸收效果,不规则波仿真实验的结果显示该方法能够明显吸收二次反射波,该方法可极大提升效率和稳定性。本项目搭建了一套基于苞米勒控制下的主动吸收式造波机实验平台。上位机是一台工控机,上位机控制软件基于MFC开发,下位机包括苞米勒PLC02、伺服驱动器、伺服电机,下位机控制软件基于ProprogⅢ开发。工程项目在ProMaster中搭建控制,上下位机基于EtherCAT通信。此外为提高实验精度,本文对控制系统进行了延时补偿,平滑滤波、水动力传递函数修正等改进。最后,将基于LMS的主动吸收算法理论通过实验平台验证算法的有效性,实验表明窄带谱范围内,基于LMS算法的主动吸收控制系统吸收效果良好。
程少科[6]（2016）在《造波系统能量优化研究及其机构设计》文中研究指明在海洋环境中,波浪对海洋工程建筑物、港口及船舶产生巨大冲击力,是造成海洋装备破坏的主要因素,因此展开波浪模拟研究对海洋装备可靠性的提高十分重要。造波系统是应用于试验水池中实现海洋波浪模拟的核心基础装备,通过水体扰动试验采集波浪冲击数据,进行相关分析,为开发海洋装备提供依据。本文在综合分析了国内外学者对波浪产生机理研究的基础上,指出现有由极限波陡理论和微幅波理论推导出的波高公式用在试验水池中具有一定的局限性。针对试验水池造波系统中能量优化的问题,通过分析试验水池中摇板造波原理和水质点的运动轨迹,利用流体力学中流量体积的变化,建立了试验水池中波高产生与摇板运动运动速度和角度之间的数学方程,并推导出波浪能量与波高之间的关系;在此基础上,根据摇板造波过程中能量的转化关系,分析了摇板不同起始偏角下产生波浪能量的变化。并搭建了造波系统,进行实验研究。对摇板不同起始偏角设计了相应的机械机构,验证建立的数学模型。通过对比,最终得到摇板式造波系统能量最优时摇板的起始摆角和摆角范围。通过对试验水池造波系统波浪产生方法和能量优化的研究,为海洋工程平台设计开发提供相关的理论指导。总结了本文的研究内容和成果,并对海洋装备的可靠性的评估提供了指导。
陈永富[7]（2013）在《基于多控制器多轴同步的造波机技术研究》文中研究表明多向不规则波造波机可以模拟海上的多种类型波浪,用其在实验室中模拟波浪的周期、波高及传播方向等各种要素,尽可能的还原自然界中的波浪,获得非常精确的模拟数据,用于波浪对船舶和海岸建筑物的作用机理,以及工程建设等研究。本文结合了实际项目,介绍了L型分段式多向不规则波造波机产生波浪的原理,以及造波机的控制技术。通过对项目需求的分析,引入了基于SIMOTION D型运动控制器的多控制器多轴等时同步技术,以此项技术为理论基础设计出了由6台西门子公司的SIMOTION D435运动控制器,160台SINAMICS S120系列的驱动器、160台大功率同步伺服电机及其他端子模块所构成的多向不规则波造波机的控制系统,目的是为了实现造波机的所有造波板在拥有自己独立的运行轨迹的情况下能够同步运行。叙述了在造波机系统设计过程中的主要完成的工作,包括设备选型,系统硬件搭建,在SCOUT平台下对系统的硬件、网络配置以及通过PROFIBUS-DP接口实现控制器间的同步,控制器间的电机同步启动,上位机向下位控制器传送数据等。最后通过可行性的实验对造波机工作性能进行了测试,包括数据传送、轴的同步运行,以及通过波浪数据对造波机的性能进行了验证等,得到比较满意的实验数据,验证了多控制器多轴同步技术在多向不规则波造波机系统中的可行性。多控制器多轴同步技术在造波机系统中的应用实现,为将来研制多向不规则波造波机提供了强有力的理论依据。
赵靖[8]（2012）在《基于齿轮同步功能的大功率造波机系统设计》文中研究表明为了更好地认识海洋环境尤其是近海海域,合理开发利用海洋资源,需要通过精确的理论分析,并且利用先进的实验设备进行大量的人工模拟。为了对海洋波浪进行人工模拟制造,国内外开发了多种造波机系统。现今造波机系统种类繁多,功能也很强大,但针对模拟大波浪的大功率造波机系统开发甚少,并且较少使用新型的开发设备、开发工具和开发技术。常规的单板造波机系统仅需一台电机,大功率造波机系统由于总体功非常大,很难找到适合型号的电机,所以采用多台电机进行同步控制,这就要求所有电机的运行具有很好的同步性能、运行精度和保护措施。本文以大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室的造波机系统为背景,针对具体实际工程,详细地对一种通过多台电机进行同步控制的大功率单板造波机系统进行了研发设计。设计中选用西门子公司新型电机、SIMOTION D435控制器、驱动器和端子模块设备,基于SCOUT软件开发平台,将硬件设备进行组态,通过ST语言和MCC实现下位机程序编写,并运用齿轮同步技术实现多台电机的同步控制,对造波机系统进行了方案设计,并在实验室中进行了系统搭建,完成了实验测试工作的重要环节,能够使造波机系统实现使能、点动、寻零、造波等基本功能,得出了可行性结论。最后简单介绍了一种通过多控制器进行多台电机控制的多板造波机系统的设计思路,提出了将来需要完善的工作,为今后的继续开发打下一定的基础。
王磊[9]（2012）在《造波机网络运动控制系统建模及控制技术研究》文中进行了进一步梳理作为自动控制领域的一个重要分支,运动控制技术已被广泛应用于工业生产、设备制造等多个领域。随着控制任务复杂化、控制设备多样化,传统的点对点的控制方式已不能满足其大规模、分布式、多轴协同的控制要求。将网络引入该领域构成分布式网络运动控制系统,不但可以解决这些难题,而且能够简化系统的软硬件设计,降低成本。考虑到网络运动控制技术在大型海工实验设备—海洋造波机中的应用,本文拟研究网络延迟、丢包等对系统性能的影响,通过系统模型的建立和控制技术的研究解决吸收式造波机网络运动控制系统高速实时控制、高精度同步等关键技术难题,具体从以下几个方面做深入的研究：首先,从造波机网络运动控制的特点切入,构建层级式结构的海洋造波机网络运动控制系统,基于该结构通过对一个造波机网络运动控制系统子单元的分析和建模,给出在一定约束条件下整个系统全闭环数学模型。对该模型在四种应用触发模式框架下进行分析,明确建立的系统的触发模式。考虑网络运动控制系统现场应用的特点,进一步放宽约束条件,在系统中引入随机噪声干扰信号,并注意到在层级式结构下,数据包出现乱序的可能性,建立造波机网络运动控制系统现实的统一的数学模型。分析该模型,确定系统的稳定条件,并利用求解线性矩阵不等式的方法证明给出条件的合理性。其次,为了满足实验需要,确保在有界时延内检测到现场造的波浪的参数并传送给上位机,用以修正目标波谱数据,产生下一采样周期的控制命令,控制造波板做相应运动,实现主动吸收功能。考虑到在提出的层级式网络运动控制系统下,通信协议能够通过标准的以太网数据帧携带时间戳,因此可以在上位机记录端到端的网络通信延迟。基于此建立采用神经网络的观测预测器模型,预测系统未来延迟,从而确定系统下一采样时刻控制指令的输出。具体实现思路是将记录到的第K次采样之前的延迟时间序列值作为神经网络的输入,通过前馈神经网络进行训练,预先得到第K+1次采样的系统时间延迟值,根据此值给出系统控制输入的预估值。该方法实现的关键有两点：一是所采用的神经网络模型拓扑结构的选择,二是预测观测器模型的建立。此外,对提出的模型进行仿真分析,以验证基于该模型的系统在存在一定的延迟和丢包的情况下的稳定性及模型的有效性。再次,对在不同网络延迟类型下的系统模型的PID参数进行优化设计,给出符合评价函数标准的P、I、D几个参数在不同采样时间和系统时间常数下的变化规律。在分析不同类型延迟影响的基础上,为了实现系统的PID参数在线整定,提出两种网络PID智能整定方法：基于二进制编码的遗传算法PID整定方法和基于模糊控制的PID整定方法。针对相关整定方法建立系统仿真模型,在给定的网络延迟情况下,对比智能PID整定和常规方法整定的效果,分析延迟的引入对系统响应的影响。最后,采用时空图方法,分析基于三种主流工业以太网协议的系统时延构成,通过对比包含不同数量从站的系统通信延迟的变化,从理论的角度重点评估EtherCAT协议的延迟性能。同时设计基于EtherCAT协议的时钟同步功能实现方案,研究新的时钟漂移动态补偿算法。在此基础上,提出将EtherCAT协议用于海洋造波机网络运动系统的现场层控制,更高层直接连接通用以太网的层级式设计方案,在方案基础上搭建系统实验平台。为了保证实验平台的下位主站在多任务操作系统Windows下实时控制功能的实现,探讨WinXP操作系统之上的INtime实时核扩展,以及在该框架内主站协议栈功能的实现；设计采用高性能DSP芯片加上网络专用接口芯片以及控制接口电路的完整从站硬件平台,开发从站协议栈及控制应用程序,实现协议栈在DSP上的移植。系统设计拟实现以下目标：（1）构建多功能高速大带宽数据采集系统,使子系统主站能够对造波板前的波况信息在低于1毫秒的周期时间内进行实时同步采集；（2）搭建鲁棒性较好的闭环造波机网络通信控制系统,实现实时多板同步控制；（3）以网络为数据传输媒介完成对各个造波板的同步控制,并在多任务操作系统下实现造波机系统的实时控制。为验证建立的实验平台的有效性和可靠性,需要对建立的系统进行两方面的性能测试评估。即：一方面,通过多次造波实验,测试系统造波的稳定性、重复性和精确性,另一方面,对下位系统进行周期性和同步性的测试。
李木国,刘闯,王静,张群[10]（2010）在《大功率电机应用于造波机控制系统的可行性研究》文中认为结合实际课题取得的成功经验,介绍了大功率大型不规则波造波机控制系统的组成及工作原理,阐述了该系统实验工作过程中的性能以及特性曲线,实验结果证实大功率电机应用于大型造波机领域频繁正反转的可行性。
二、计算机技术在方向谱造波机控制软件中的应用（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、计算机技术在方向谱造波机控制软件中的应用（论文提纲范文）
（1）造波机控制技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.2.1 波浪模拟控制系统发展概况 |
| 1.2.2 造波理论发展概况 |
| 1.2.3 波浪模拟运动控制技术发展概况 |
| 1.3 本文主要研究工作 |
| 2 波浪模拟运动控制技术 |
| 2.1 多ZMP控制器同步技术 |
| 2.1.1 ZMP控制器简介 |
| 2.1.2 同步信号卡设计 |
| 2.1.3 同步性能测试 |
| 2.2 运动控制优化 |
| 2.2.1 循环冗余插值 |
| 2.2.2 插值性能测试 |
| 2.2.3 启停控制优化 |
| 2.2.4 启停控制测试 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 凑谱方法研究 |
| 3.1 造波理论 |
| 3.1.1 控制方程和边界条件 |
| 3.1.2 方程的速度势解 |
| 3.2 传递函数校正 |
| 3.2.1 传递函数求解 |
| 3.2.2 传递函数校正方法 |
| 3.3 凑谱方法效率验证 |
| 3.3.1 实验平台 |
| 3.3.2 实验方案 |
| 3.3.3 实验结果 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 波浪模拟控制软件设计 |
| 4.1 上位机软件设计与实现 |
| 4.1.1 基于ADS通信的客户端创建 |
| 4.1.2 基于Socket通信的服务器创建 |
| 4.1.3 基于FTP的文件传输 |
| 4.2 下位机软件设计与实现 |
| 4.2.1 兼容式设计 |
| 4.2.2 通信客户端创建 |
| 4.2.3 运动控制软件设计 |
| 4.2.4 异常检测与处理 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 技术性能 |
| 5.1 基于ZMP控制器的波浪模拟控制系统 |
| 5.1.1 规则波实验 |
| 5.1.2 不规则波实验 |
| 5.2 基于TwinCAT控制器的波浪模拟控制系统 |
| 5.2.1 规则波实验 |
| 5.2.2 不规则波实验 |
| 5.3 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（2）大型多向造波机的控制系统设计优化（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究背景与意义 |
| 1.2 国内外造波机研究发展现状 |
| 1.3 本文的结构安排 |
| 2 造波机系统的工作原理和组成结构 |
| 2.1 造波机工作原理简介 |
| 2.2 造波机控制系统组成 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 基于多控制器的多向造波控制系统设计优化 |
| 3.1 基于EtherCAT工业以太网的多控制器造波机系统设计 |
| 3.1.1 工业控制总线与EtherCAT |
| 3.1.2 基于EtherCAT构建多向造波机控制系统 |
| 3.1.3 系统选型方案测试 |
| 3.2 多控制器造波系统的同步控制方法研究 |
| 3.2.1 同一控制器下多轴同步控制方法 |
| 3.2.2 多控制器间同步时钟补偿方法 |
| 3.2.3 时钟补偿方法的同步测试 |
| 3.3 造波板运动轨迹插补方法 |
| 3.4 造波机启停控制曲线设计 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 多向造波机控制软件程序设计 |
| 4.1 造波机控制软件结构设计 |
| 4.2 上位机控制程序设计 |
| 4.2.1 上位机软件工作流程 |
| 4.2.2 设备控制与ADS通信 |
| 4.2.3 波谱数据传输 |
| 4.2.4 上位机控制模块UI设计 |
| 4.3 下位机控制程序设计 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 造波实验测试与结果分析 |
| 5.1 实验测试平台搭建 |
| 5.2 规则波造波测试 |
| 5.3 不规则波造波测试 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（3）摇板式造波机系统的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 本文主要的研究内容 |
| 第2章 摇板造波波浪生成机理的研究 |
| 2.1 波浪的分类 |
| 2.2 造波机的形式 |
| 2.3 实验水池中水质点的运动分析 |
| 2.4 波高公式分析 |
| 2.5 实验水池的摇板造波传递函数推导 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 造波机结构设计及参数计算 |
| 3.1 造波机传动方案的选择 |
| 3.2 造波系统的设计方案 |
| 3.3 造波机主要参数计算 |
| 3.4 滚珠丝杆和电机的选型 |
| 3.5 造波系统结构设计 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 造波机控制系统研究 |
| 4.1 运动控制系统框图 |
| 4.2 伺服运动控制系统 |
| 4.3 上位机的选择 |
| 4.4 下位机及通信协议的选择 |
| 4.5 驱动器及驱动电机的选择 |
| 4.6 控制系统元器件的选型与安装 |
| 4.7 控制系统软件的编写 |
| 4.8 本章小结 |
| 第5章 造波系统波浪成型效果仿真分析 |
| 5.1 基本方程与湍流模型的选择 |
| 5.2 VOF自由表面追踪方法与UDF概述 |
| 5.3 数值阻尼消波 |
| 5.4 规则波的波浪成型效果仿真分析 |
| 5.5 不规则波的波浪成型效果分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 总结及展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 个人简介 |
| 附录 |
（4）基于EtherCAT的多控制器同步的造波机控制系统设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究的发展及现状 |
| 1.2.1 造波理论的发展及现状 |
| 1.2.2 造波机技术的发展及现状 |
| 1.2.3 几种实时工业网技术简介 |
| 1.3 本文主要研究工作 |
| 2 造波机工作原理与系统硬件设计 |
| 2.1 造波机工作原理 |
| 2.2 运动控制器选型及简介 |
| 2.3 运动控制网络选型及简介 |
| 2.4 造波机系统解决方案硬件设计 |
| 2.4.1 硬件设备概述 |
| 2.4.2 造波机控制系统工作原理概述 |
| 3 造波机多控制器同步技术 |
| 3.1 EtherCAT分布式时钟同步原理 |
| 3.1.1 传输延迟补偿 |
| 3.1.2 时钟初始偏移补偿 |
| 3.1.3 动态漂移补偿 |
| 3.2 EtherCAT同步触发机制 |
| 3.3 多控制器同步控制技术 |
| 3.3.1 多控制器的时钟同步 |
| 3.3.2 多控制器多轴同步技术 |
| 4 造波机控制系统软件设计 |
| 4.1 造波机控制系统总体设计 |
| 4.2 上位机软件设计与实现 |
| 4.2.1 上位机工作流程 |
| 4.2.2 波浪数据分发 |
| 4.2.3 通信模块设计 |
| 4.2.4 控制命令与故障信息处理 |
| 4.3 下位机软件设计与实现 |
| 4.3.1 下位机工作流程 |
| 4.3.2 双缓存波浪数据读取 |
| 4.3.3 多轴运动控制实现 |
| 4.3.4 实时故障检测 |
| 5 实验结果与分析 |
| 5.1 实验平台的搭建 |
| 5.2 单网段同步性测试 |
| 5.3 多控制器间同步性测试 |
| 5.3.1 延迟补偿算法效果分析 |
| 5.3.2 不同网段间电机同步性测试 |
| 5.4 系统整体方案与控制器性能测试 |
| 5.5 实验结论 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（5）面向窄带谱的造波机主动吸收技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 造波机的发展概况 |
| 1.2.2 造波理论的进展 |
| 1.2.3 主动吸收技术的研究进展 |
| 1.3 论文主要研究工作和章节安排 |
| 2 造波理论及主动吸收原理简介 |
| 2.1 造波理论 |
| 2.1.1 控制方程 |
| 2.1.2 波浪速度势解 |
| 2.1.3 传递函数解 |
| 2.2 规则波主动吸收理论 |
| 2.2.1 主动吸收控制方程 |
| 2.2.2 规则波主动吸收控制方程 |
| 2.3 面向窄带谱的不规则波主动吸收理论 |
| 3 造波机系统 |
| 3.1 造波机类型与工作原理 |
| 3.1.1 常见造波机类型 |
| 3.1.2 网络化造波机造波流程设计 |
| 3.2 EtherCAT的运动控制网络概况 |
| 3.3 造波机硬件平台的搭建 |
| 3.4 造波机软件系统设计 |
| 3.4.1 软件系统整体设计 |
| 3.4.2 上位机软件设计 |
| 3.4.3 下位机软件设计 |
| 4 基于最小均方自适应算法的主动吸收式造波机 |
| 4.1 最小均方自适应滤波器的基本原理 |
| 4.1.1 FIR横向滤波器 |
| 4.1.2 最小均方自适应滤波器的结构与运算概述 |
| 4.2 最小均方自适应滤波器设计与仿真 |
| 5 实验验证与分析 |
| 5.1 实验平台搭建 |
| 5.2 水动力传递函数修正 |
| 5.2.1 调试造波系统 |
| 5.2.2 延时补偿和水动力传递函数修正 |
| 5.2.3 平滑处理 |
| 5.3 基于LMS的主动吸收实验验证 |
| 5.3.1 规则波实验 |
| 5.3.2 不规则波实验 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（6）造波系统能量优化研究及其机构设计（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景及意义 |
| 1.2 国内外试验水池和造波机研究现状和概况 |
| 1.3 造波机理论的发展概况 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 1.5 本章小结 |
| 第二章 试验水池的造波理论研究及数学模型的建立 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 造波机的分类及驱动执行方式的选择 |
| 2.2.1 造波机的分类 |
| 2.2.2 造波机的驱动执行方式选择 |
| 2.3 摇板造波理论的分析 |
| 2.3.1 水质点的运动轨迹的分析 |
| 2.3.2 深水中水质点的运动轨迹方程的建立 |
| 2.4 现有波高公式分析 |
| 2.4.1 极限波陡的波高公式分析 |
| 2.4.2 微幅波理论的波高公式分析 |
| 2.4.2.1 势流理论基本方程的建立 |
| 2.4.2.2 边界条件和初始条件的简化 |
| 2.5 基于摇板运动的波浪产生数学模型建立 |
| 2.5.1 连续性方程研究 |
| 2.5.2 基于体积流量变化的数学模型建立 |
| 2.6 波长λ的计算 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 造波系统能量优化及其机构设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 波高与波浪能量之间关系的分析 |
| 3.3 波浪对摇板作用力的分析 |
| 3.4 摇板不同起始摆角的分析 |
| 3.5 摇板和连接机构的设计 |
| 3.5.1 摇板机构的优化设计 |
| 3.5.2 摇板不同起始偏角的连接机构设计 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 造波机构的搭建与实验分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 试验水池的造波系统 |
| 4.3 摇板式造波机构 |
| 4.4 控制系统和检测系统 |
| 4.5 实验内容及结果分析 |
| 4.5.1 波高与摇板角度和速度之间的关系曲线及结果分析 |
| 4.5.2 摇板不同摆角时波高与偏角的关系曲线及结果分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 参考 文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文目录 |
（7）基于多控制器多轴同步的造波机技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.2 造波机技术的发展状况 |
| 1.3 课题的项目背景概况 |
| 1.4 本文主要研究工作 |
| 2 造波机系统简述 |
| 2.1 造波机的分类 |
| 2.2 多向不规则波造波机 |
| 2.2.1 多向不规则波概述 |
| 2.2.2 造波机产生多向不规则波的原理 |
| 2.2.3 分段式造波机的造波过程 |
| 2.3 造波机系统开发工具 |
| 2.3.1 软件开发平台 |
| 2.3.2 系统开发所用的软件语言 |
| 3 造波机控制系统结构设计 |
| 3.1 造波机基本介绍 |
| 3.1.1 造波机在水池中的布局 |
| 3.1.2 造波机技术指标要求 |
| 3.1.3 波浪指标对控制系统要求 |
| 3.2 系统设计方案选择 |
| 3.2.1 运动控制技术与造波机 |
| 3.2.2 运动控制器的发展 |
| 3.2.3 运动控制器的类型 |
| 3.2.4 设计方案确定 |
| 3.3 系统的基本结构组成 |
| 3.3.1 系统组成结构 |
| 3.3.2 系统单元功能介绍 |
| 3.4 控制系统选型及介绍 |
| 3.5 控制系统硬件连接 |
| 4 造波机的多轴同步控制技术设计 |
| 4.1 基于PROFIBUS-DP接口的分布式同步技术 |
| 4.1.1 分布式同步技术概述 |
| 4.1.2 SIMOTION PROFIBUS-DP通信功能 |
| 4.2 同步控制的实现 |
| 4.2.1 通过SIMOTION DP接口实现多控制器同步 |
| 4.2.2 多轴同步的实现 |
| 4.3 造波机控制软件实现 |
| 4.3.1 软件的整体结构组成 |
| 4.3.2 上位机软件程序执行流程 |
| 4.3.3 下位机程序执行流程 |
| 4.3.4 数据传送程序实现 |
| 5 实验结果与分析 |
| 5.1 DP接口同步验证 |
| 5.2 造波机造波性能及轴同步实验 |
| 5.2.1 实验平台介绍 |
| 5.2.2 轴的同步性分析 |
| 5.2.3 波浪数据分析 |
| 总结 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（8）基于齿轮同步功能的大功率造波机系统设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 人工模拟海洋环境的意义以及造波机系统的提出 |
| 1.2 国内外造波机系统的研发简介 |
| 1.3 现阶段造波机系统的发展需求 |
| 1.4 本文主要研究工作 |
| 2 造波机系统简介 |
| 2.1 造波机系统的常见类型和设计要求 |
| 2.1.1 造波机系统的常见类型 |
| 2.1.2 造波机系统的设计要求 |
| 2.2 常见造波机系统的结构组成 |
| 2.2.1 实验区域 |
| 2.2.2 机械传动结构 |
| 2.2.3 电气控制结构 |
| 2.2.4 造波机系统产生波浪的过程 |
| 3 系统总体设计方案 |
| 3.1 系统特点以及主要技术指标 |
| 3.1.1 与其他多板造波机系统相比较的特点 |
| 3.1.2 主要技术指标 |
| 3.2 系统机械结构简介 |
| 3.3 系统电气控制结构以及开发工具选型 |
| 3.3.1 供电系统 |
| 3.3.2 主控机 |
| 3.3.3 运动控制器 |
| 3.3.4 伺服驱动器 |
| 3.3.5 电机 |
| 3.3.6 检测部件 |
| 3.3.7 总线与运动控制网络 |
| 3.4 系统具体功能 |
| 3.5 系统保护措施 |
| 3.5.1 软件保护措施 |
| 3.5.2 硬件保护措施 |
| 3.6 系统硬件连线 |
| 3.7 主控机环境 |
| 3.8 SCOUT环境配置调试过程 |
| 3.8.1 SCOUT软件开发平台简介 |
| 3.8.2 SCOUT环境下的配置过程 |
| 3.8.3 各个程序的流程 |
| 4 系统关键技术实现 |
| 4.1 主控机与控制器之间的通信 |
| 4.2 数据传输与处理 |
| 4.2.1 关于较长数据的传输 |
| 4.2.2 关于数制和类型转换 |
| 4.3 齿轮同步控制及实现 |
| 4.3.1 齿轮同步功能介绍 |
| 4.3.2 系统中同步功能的具体实现 |
| 4.4 提高控制精度的相关技术 |
| 4.4.1 调整动态响应 |
| 4.4.2 电机优化 |
| 4.4.3 力矩平衡分析以及实时修正 |
| 5 实验结果分析 |
| 5.1 测试工作 |
| 5.2 实验结果分析 |
| 5.2.1 硬件功能 |
| 5.2.2 软件操作功能 |
| 5.2.3 同步性能 |
| 5.2.4 有待完善的地方 |
| 6 相同条件下多控制器造波机系统的研究 |
| 6.1 问题提出 |
| 6.2 思路简介 |
| 6.2.1 配置思路 |
| 6.2.2 备选通信线 |
| 6.2.3 现阶段可实现的功能以及需要解决的问题 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（9）造波机网络运动控制系统建模及控制技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题来源、研究目的及意义 |
| 1.1.1 课题来源 |
| 1.1.2 课题研究的背景及意义 |
| 1.2 网络控制的研究现状 |
| 1.2.1 网络运动控制及造波机技术 |
| 1.2.2 网络引入控制系统带来的主要问题 |
| 1.2.3 网络控制系统的结构和基本数学模型 |
| 1.3 网络运动控制系统研究的主要问题 |
| 1.3.1 时间延迟产生及解决方法的研究 |
| 1.3.2 采样丢失、拒绝及网络丢包 |
| 1.3.3 时钟同步 |
| 1.4 课题研究的主要内容 |
| 1.5 本章小结 |
| 2 造波机网络运动控制系统建模 |
| 2.1 网络运动控制系统结构 |
| 2.1.1 运动控制系统的组成 |
| 2.1.2 网络运动控制系统的类型 |
| 2.1.3 造波机网络运动控制系统构成及原理 |
| 2.2 造波机网络运动控制系统模型分析 |
| 2.2.1 造波机网络运动控制系统模型 |
| 2.2.2 网络运动控制离散系统模型 |
| 2.3 延迟与丢包同时存在的网络运动控制系统模型分析 |
| 2.3.1 基于半闭环结构的系统丢包模型 |
| 2.3.2 基于全闭环结构的系统丢包模型 |
| 2.4 基于随机扰动的时变系统模型 |
| 2.4.1 系统限定条件 |
| 2.4.2 系统模型 |
| 2.4.3 系统稳定性条件及其有效性证明 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 基于神经网络的系统延迟预测器模型 |
| 3.1 神经网络预测模型 |
| 3.1.1 延迟预测神经网络原理与结构 |
| 3.1.2 权值的计算和反向传播算法 |
| 3.1.3 输入数据值区间变换和拓扑结构的选择 |
| 3.1.4 拓扑结构选择仿真实验 |
| 3.2 基于人工神经网络的两类延迟的观测器模型 |
| 3.2.1 延迟已知预测模型 |
| 3.2.2 延迟未知预测模型 |
| 3.3 基于缓冲器的神经网络延迟预测模型 |
| 3.3.1 基于缓冲器的延迟和丢包预测模型 |
| 3.3.2 参数K和L的确定 |
| 3.4 基于造波机网络运动控制系统模型的仿真研究 |
| 3.4.1 系统仿真模型 |
| 3.4.2 延迟和扰动对系统的影响 |
| 3.4.3 数据包丢失对系统的影响 |
| 3.4.4 基于延迟预测模型的性能仿真 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 基于智能控制方法的网络运动控制PID整定策略 |
| 4.1 网络运动控制PID整定方法 |
| 4.1.1 离散PID控制模型 |
| 4.1.2 基于优化准则的不同类型网络延迟条件下PID控制优化 |
| 4.2 基于遗传算法的网络运动控制系统PID参数整定 |
| 4.2.1 问题的提出 |
| 4.2.2 基于遗传算法的网络控制器设计 |
| 4.2.3 遗传过程的编码和解码 |
| 4.2.4 适应度函数的选择 |
| 4.2.5 遗传操作的实现 |
| 4.2.6 仿真验证 |
| 4.3 基于模糊控制的网络运动控制系统PID参数整定 |
| 4.3.1 问题的提出 |
| 4.3.2 模糊控制器的设计 |
| 4.3.3 造波机网络运动控制系统现场层控制模式 |
| 4.3.4 基于模糊PID整定的位置控制系统性能仿真 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于工业以太网协议的网络运动控制 |
| 5.1 网络运动控制协议综述 |
| 5.1.1 网络通信协议的发展 |
| 5.1.2 工业以太网协议 |
| 5.1.3 基于工业以太网协议的运动控制 |
| 5.2 EtherCAT协议研究 |
| 5.2.1 EtherCAT协议特点 |
| 5.2.2 EtherCAT网络结构及寻址模式 |
| 5.2.3 EtherCAT网络协议层功能实现 |
| 5.3 EtherCAT协议延时特性分析 |
| 5.3.1 基于EtherCAT协议的网络控制系统时延 |
| 5.3.2 基于主流工业以太网协议的系统时延性能评估 |
| 5.4 基于工业以太网协议的时钟同步研究 |
| 5.4.1 精确时钟同步协议IEEE 1588 |
| 5.4.2 基于EtherCAT协议的时钟同步系统研究 |
| 5.4.3 造波机同步网络运动控制系统模型及控制算法研究 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 海洋造波机网络运动控制系统平台建设 |
| 6.1 系统总体设计方案 |
| 6.1.1 方案的提出 |
| 6.1.2 系统性能指标 |
| 6.1.3 实验平台总体结构 |
| 6.2 上位机软件功能 |
| 6.2.1 软件的主要功能 |
| 6.2.2 上、下位机通信功能的实现 |
| 6.3 基于EtherCAT网络运动控制下位子系统设计 |
| 6.3.1 基于EtherCAT网络运动控制系统平台结构 |
| 6.3.2 下位控制系统主站程序结构 |
| 6.3.3 基于WindowsXP的Intime实时扩展 |
| 6.3.4 实时主站功能详细设计 |
| 6.4 网络运动控制系统从站设计 |
| 6.4.1 硬件电路设计 |
| 6.4.2 软件设计 |
| 6.5 系统性能测试与评估 |
| 6.5.1 造波机造波性能测试 |
| 6.5.2 通信周期与系统跟踪性能测试 |
| 6.5.3 系统周期抖动及同步性能测试 |
| 6.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（10）大功率电机应用于造波机控制系统的可行性研究（论文提纲范文）
| 0 引言 |
| 1 控制系统总体结构及工作原理 |
| 2 控制系统软件设计 |
| 3 可行性实验 |
| 4 结论 |
四、计算机技术在方向谱造波机控制软件中的应用（论文参考文献）
- [1]造波机控制技术研究[D]. 赵艺阳. 大连理工大学, 2021(01)
- [2]大型多向造波机的控制系统设计优化[D]. 刘壮. 大连理工大学, 2020(01)
- [3]摇板式造波机系统的研究[D]. 田野. 长江大学, 2020(02)
- [4]基于EtherCAT的多控制器同步的造波机控制系统设计[D]. 丁可. 大连理工大学, 2018(02)
- [5]面向窄带谱的造波机主动吸收技术研究[D]. 王喜林. 大连理工大学, 2018(02)
- [6]造波系统能量优化研究及其机构设计[D]. 程少科. 太原科技大学, 2016(12)
- [7]基于多控制器多轴同步的造波机技术研究[D]. 陈永富. 大连理工大学, 2013(09)
- [8]基于齿轮同步功能的大功率造波机系统设计[D]. 赵靖. 大连理工大学, 2012(10)
- [9]造波机网络运动控制系统建模及控制技术研究[D]. 王磊. 大连理工大学, 2012(09)
- [10]大功率电机应用于造波机控制系统的可行性研究[J]. 李木国,刘闯,王静,张群. 中国海洋平台, 2010(02)