造波機主動吸收技術(shù)研究.pdf

1、在海岸工程和海洋工程等領(lǐng)域中，物理模型試驗是研究問題的一種重要手段和方法。但是在實施試驗的過程中，水槽或水池等設(shè)施與真實的海洋環(huán)境相比存在著一個主要問題——二次反射。二次反射波是指造波機產(chǎn)生的行進(jìn)波在遇到高反射率模型后產(chǎn)生反射波，該反射波傳向造波板后產(chǎn)生二次反射波并疊加到行進(jìn)波中。一段時間后，反射波在模型和造波機之間不斷產(chǎn)生和傳播，此時所得的測試數(shù)據(jù)不能準(zhǔn)確的反應(yīng)波浪對建筑物的作用。為此，研究人員提出了一種利用造波機在產(chǎn)生波浪的同時吸收

2、反射波的方法，稱之為“主動吸收”。這類造波機可根據(jù)水動力學(xué)的反饋信息，通過控制系統(tǒng)以數(shù)學(xué)模型來驅(qū)動造波板運動，達(dá)到消除反射波的作用。不但如此，主動吸收技術(shù)還可以有效避免水槽和水池內(nèi)的共振現(xiàn)象產(chǎn)生，極大的縮短兩次實驗間的靜水時間，并減少偽諧波的產(chǎn)生。目前對主動吸收技術(shù)的研究并未完善，尤其是對三維造波機主動吸收技術(shù)的研究屬起步階段。因此，開展造波機主動吸收技術(shù)的研究，在模型實驗領(lǐng)域有重要意義。
　　本文以線性造波理論為基礎(chǔ)，針對規(guī)則波

3、的單頻率特點，給出了二維規(guī)則波主動吸收造波板沖程解的離散形式。在原有的造波機控制系統(tǒng)上搭建了吸收式造波機系統(tǒng)，并通過物理實驗驗證了該離散解對規(guī)則波吸收的有效性，其波高穩(wěn)定性誤差小于6％。針對該過程中出現(xiàn)的造波板漂移現(xiàn)象，可采用一階高通濾波的方法濾除造波信號中的低頻長波。
　　針對不規(guī)則波的多頻率特點，給出了二維不規(guī)則波主動吸收造波板沖程的頻域解。通過對傳遞函數(shù)的頻率特性分析得出傳遞函數(shù)在零頻率的無窮大幅值易于引起造波板的漂移，并給

4、出了消除造波板漂移的傳遞函數(shù)修正方法。由于該傳遞函數(shù)無解析解，本文采用一維數(shù)字濾波器逼近傳遞函數(shù)頻率特性的方法，將頻域傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)化為時域線性差分方程。基于IIR濾波器模型，提出了一種遞歸重加權(quán)最小二乘法求解模型逼近問題，結(jié)果表明該方法較常規(guī)最小二乘法可將逼近精度提高約3倍。
　　為提高系統(tǒng)的吸收效率和波浪模擬精度，針對控制系統(tǒng)中各個環(huán)路存在的延時，提出了更加精確的帶延時補償?shù)闹鲃游湛刂品匠?。實驗證明其較非延時補償在波浪精度上有明

5、顯改善，并提高了系統(tǒng)在小周期波浪下的穩(wěn)定性，擴(kuò)大了系統(tǒng)主動吸收的頻率適用范圍。
　　在三維水池造波機主動吸收方面，給出了帶延時補償?shù)娜S主動吸收造波板沖程的頻域解。由于三維主動吸收傳遞函數(shù)幅值特性和相位特性的空間復(fù)雜性，模型逼近精度難以保證。本文提出了更加穩(wěn)定有效的基于二維吸收傳遞函數(shù)與三維修正函數(shù)的模型，并給出了一種通過造波板前波高數(shù)據(jù)實時估計反射波主方向角的角度估計方法，實現(xiàn)了造波機完全三維主動吸收。通過建立三維物理實驗，考慮