[发明专利]一种实体模型口门调节装置及其调节方法

说明书

技术领域

本发明涉及实体模型口门水位调节装置及其调节方法，用以调节实体模型实验进口流量或尾门水位，控制模型边界，模拟跟踪非恒定水流。

背景技术

实体模型试验可预测河流演变规律，优化工程方案，其是进行河流河势规划、沿岸防洪规划、流域国民经济可持续发展规划不可或缺的有力工具，广泛应用于水利工程、港口及航道工程等基础理论与工程实践研究中。

目前口门控制为采用如图1所示的控制方式，包含：水位仪11、计算机12、直流电机13、减速箱14、钢丝绳15、翻板门16，其控制方法是：直流电机13转动带动减速箱14转动，减速箱14通过钢丝绳15与翻板门16实现柔性连接，直流电机13的正转或反转实现翻板门16的开或闭，从而调节水位，水位仪11获取翻板门16开闭后的水位，输入计算机12，由计算机12判断与目标值的偏差然后再给直流电机13正转或反转的命令，使调节后的水位达到目标值。这种方法将水位仪11获取的水位作为反馈信息指导翻板门16的开或闭，从水位仪16获取数据到计算机12，再到翻板门16开闭，从翻板门16开闭到产生水位变化需要一定时间，因此，利用水位仪11获取的数据指导翻板门16开或闭存在调节时间长、易震荡等问题，对于非恒定流实验，需要融合经验才能进行水位过程的相位跟踪，很难实现绝对值跟踪。为此本发明提供一种实体模型口门调节装置及其调节方法，通过建立翻板门的开度与水位的直接关系，不再利用水位仪进行反馈控制，只需控制电机的角度就完成水位的控制，减小平衡时间和系统震荡。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种实体模型口门水位调节装置及其调节方法，伺服电机通过丝杆刚性连接翻板门上的导轨，伺服电机的转动直接带动翻板门进行相应的开度变化，基于该刚性连接，伺服电机精确转动可直接传递给翻板门开度，通过标定实验获取翻板门开度变化量与水位变化间的对应关系，即可计算得到目标水位下电机的转动角度，从而通过精准控制电机角度的变化，实现相应水位变化，满足实体模型非恒定流跟踪要求。本发明避免了常规方法通过自动水位仪获取水位后再反馈给计算机，由计算机对比目标水位后，再控制电机正转或反转让翻板门开或闭，大幅减小了中间环节，防止了水位变化量的滞后，避免了水位快速变化时所引起的震荡(翻板门连续开或闭)，有效减少了水位平衡时间，提高了水流模拟准确性。

为实现上述目的，本发明将采取以下的技术方案：

一种实体模型口门水位调节装置，包括计算机、伺服电机、丝杆、滑动转接头、滑动导轨、翻板门，伺服电机与丝杆刚性连接，滑动导轨固定在翻板门上，滑动转接头分别与丝杆和滑动导轨连接，基于上述连接，伺服电机与翻板门实现刚性连接，从而伺服电机转动带动翻板门进行相应的变化。

一种实体模型口门调节装置的调节方法，包括以下步骤：

伺服电机转动带动丝杆转动，丝杆通过滑动转接头将转动力矩传递给导轨，从而翻板门实现开或闭；

通过标定实验获取各个实体模型口门翻板门开度变化量与水位变化量关系，并将翻板门开度转换成伺服电机旋转角度，从而实现水位调节。

其中，翻板门开度变化量与水位变化量的关系满足下式：

Δθ＝f(Q_s，Q_A，Δh，θ₁)

Δh＝h₂-h₁

Δθ为翻板门的开度变化量(翻板门与水平方向夹角变化量)，Q_s为所有进入该口门流量，Q_A为口门处蓄水量，Δh为水位变化量，θ₁为当前翻板门与水平方向角度，h₁为该口门当前水位，h₂为目标水位。通过标定实验获取各个实体模型口门翻板门开度变化量与水位变化量关系，实验时，根据水位变化量获取翻板门的开度变化量Δθ，并利用下式将翻板门开度转换成伺服电机旋转角度，从而实现水位调节。

θ₂＝θ₁+Δθ