造波機主動吸收技術研究.pdf

1、在海岸工程和海洋工程等領域中，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生的行進波在遇到高反射率模型后產生反射波，該反射波傳向造波板后產生二次反射波并疊加到行進波中。一段時間后，反射波在模型和造波機之間不斷產生和傳播，此時所得的測試數據不能準確的反應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”。這類造波機可根據水動力學的反饋信息，通過控制系統(tǒng)以數學模型來驅動造波板運動，達到消除反射波的作用。不但如此，主動吸收技術還可以有效避免水槽和水池內的共振現象產生，極大的縮短兩次實驗間的靜水時間，并減少偽諧波的產生。目前對主動吸收技術的研究并未完善，尤其是對三維造波機主動吸收技術的研究屬起步階段。因此，開展造波機主動吸收技術的研究，在模型實驗領域有重要意義。
　　本文以線性造波理論為基礎，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％。針對該過程中出現的造波板漂移現象，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。通過對傳遞函數的頻率特性分析得出傳遞函數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修正方法。由于該傳遞函數無解析解，本文采用一維數字濾波器逼近傳遞函數頻率特性的方法，將頻域傳遞函數轉化為時域線性差分方程?；贗IR濾波器模型，提出了一種遞歸重加權最小二乘法求解模型逼近問題，結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的主動吸收控制方程。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，給出了帶延時補償的三維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幅值特性和相位特性的空間復雜性，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與三維修正函數的模型，并給出了一種通過造波板前波高數據實時估計反射波主方向角的角度估計方法，實現了造波機完全三維主動吸收。通過建立三維物理實驗，考慮