河工模型尾门水位控制系统的设计与研究

为了提高河工模型试验自动控制的水平,确保试验过程的精确性,自主开发了尾门水位控制系统。通过研究尾门结构,采用尾门水位的PID调节算法,结合拉格朗日插值方法,实现了尾门水位的自动控制。恒定流和非恒定流试验结果表明:该控制系统保证了尾门水位控制的快速性和稳定性;提高了试验精度,其尾门水位控制重复精度<1 mm;该系统可使河工模型研究试验的可重复性得到提高,且提高了试验效率,节约了试验成本。     

深圳河四期蓄滞洪区物理模型试验方法研究

深圳河治理工程四期滞洪区模型试验的难点在于非恒定流自动控制系统和下游河道尾门水位控制的不确定性。通过经验公式计算和水槽试验优选模型加糙方案,下游尾门处采用复合堰的控制方法实现水位—流量自拟合功能,对深圳河滞洪区溢流堰结构形式、溢流堰与下游堤防衔接方式,以及溢流堰堰顶高程进行优化试验研究。试验结果表明,优化后的设计方案工效效果显著,可推广至类似滞洪区模型试验控制。     

基于USB的水工模型流量与水位控制系统研究

在水工物理模型试验中,为了克服水工物理模型自控系统存在硬件集成度较低、兼容性与可拓展性不足的缺点,通过对自动控制系统流量、水位控制需求的分析,提出对流量、水位控制子系统进行模块化设计的思路。在“当前”水位与“目标”水位之间设置中间值,优化了水位控制原理,模拟了水位的缓变过程,优化了对尾门的控制。基于USB总线技术,利用Labview软件开发了硬件集成度高、灵活性强、兼容性好的可视化虚拟自动控制系统。系统已成功应用于多个非恒定流模型中,可使模型的水位、流量控制精度达到98%,超调量不超过5%。系统可在水工、河工模型的非恒定流试验中推广使用。     

基于PID参数自整定的河工模型尾门控制

设计了尾门自动控制系统,运用水位仪实时采集尾门水位数据,反馈调节电机转速驱动翻板门,实现水位控制。采用PID模型作为电机转速控制器,测试了固定PID参数条件下,系统在平原河流和山区河流河工模型中水位控制效果,山区河流水位最大控制偏差达到1.3 mm,无法满足规范要求。针对该问题运用产生式学习法总结了尾门控制中PID参数调节规则,构建了以水位跟踪偏差、水位涨落速度、涨落预期及跟踪相位为关键要素的知识库,确立了12条控制策略。尾门控制时根据实测数据与知识库规则自主选择对应控制策略,实现PID参数的自整定。工程实践表明,基于PID参数自整定的尾门控制系统水位控制最大偏差为0.5 mm。     

河工模型试验目标水位突降时尾门水位的控制

针对河工模型试验过程中目标水位下降幅度过大时可能造成尾门开启过度、流速急剧增加,从而导致动床地形冲毁的现象,提出了一种尾门平稳过渡控制的方法。即在试验开始阶段,停止尾门调节器PID(proportion-integration-differentiation)控制模式,采用逐步开启尾门,直至模型水位接近目标水位后再自动转入PID调节模式。在试验过程中,目标水位降幅超过设定的正常幅度后,调节器自动将目标水位变化分解为按阶梯逐步下降的过程,阶梯的幅度和持续时间可以根据实际模型事先整定。将新方法应用到长江防洪模型供水系统,并嵌入到尾门PID调节系统中。试验表明采用这些方法后,能有效抑制目标水位降幅过大时造成尾门的超调,保证了尾门水位的平稳过渡,并且有效提高了尾门控制的平稳性和试验系统的可靠性;新方法使得水位调节平衡的时间有所增加,应根据模型的特性,选择适当的控制参数。     

淮河大型河工模型试验控制技术应用探讨

利用大型河工模型,开展淮河中游河道治理、行蓄洪区调整建设方案研究,成果在淮河治理中发挥了重要作用。为了更好地保证试验顺利进行,河工模型试验技术在研究过程中得到不断改进与创新。大型河工模型测控系统,实现了模型流量、水位、流速及闸门和口门开度等参数非恒定、实时检测与传输;十字片梅花型加糙技术较好地适应了淮河模型中滩地、行蓄洪区水深浅、雷诺数低、糙率大的模型加糙;单向变态模拟技术较好地解决了众多进洪闸、退洪闸、行洪口门等行洪建筑物与原型相似的问题;而差动式尾门解决了传统翻板尾门水位振荡和拉栅门小流量调节困难的缺点,能实现尾水全过程又快又稳地自动控制,并能满足测控精度要求。     

明槽非恒定流流量控制及量测试验技术

明槽非恒定流流量的动态控制和实时量测，比恒定流静态控制和量测要复杂和困难．为了研究一套流量控制及试验测量系统，以解决非恒定流的流量测试问题，我们在试验中利用8255并行口的功能及计算机通过控制步进电机实现了水槽中流量随时间变化过程的控制；通过把各种量测仪器与A／D连接并利用A／D转换功能，实现了流量、水位等水力要素实时控制和量测；还编制了控制、采样、数据处理、绘图等程序，利用此控制及量测系统，对明槽矩形薄壁堰非恒定流的流量进行了研究，表明该流量、水位采集系统、阀门开度的控制系统及相应的软件等均满足了设计要求，得到了非恒定流中绳套形的H～Q关系．初步得到了在有限条件下可以普遍应用的公式．     

鄱阳湖物理模型量测控制系统设计与应用

为更好地开展鄱阳湖物理模型试验研究工作,有必要设计及建设一套先进的量测控制系统。作为国内最大的湖泊与江河实体露天模型,对鄱阳湖物理模型测控系统运行的可靠性以及室外的防雷性能提出了更高的要求。测控系统由模型供水系统、流量控制系统、水位、流速测量系统、尾门控制系统、防雷接地系统等量测子系统组成,简要介绍了各测量子系统工作原理、设计方案及实际应用情况。系统应用现代网络技术及高性能自动化测量仪器,成为测控功能较为完善的大型河工物理模型自动化量测控制系统,可实现模型试验中各种参数的实时采集、控制和数据处理。试验结果表明该测控系统可满足模型试验的测控需求。     

长江防洪模型量测控制系统的设计与应用

长江防洪模型量测控制系统设计由流量自动控制、水位测量、尾门水位控制、流速流态测量、加沙量控制、动床河道地形测量、影像监控设施等量测子系统组成。对各子系统的工作原理、控制方式、技术特性以及应用效果进行了简要介绍。由于应用计算机及网络技术和高性能仪器,系统实现了模型试验各种参数的实时采集、控制与数据处理,成为测控功能较为完善的模型自动化量测控制系统。长江防洪模型的运行表明：量测控制系统能够满足试验的需求,大大提高了测量控制精度和工作效率,缩短了模型试验周期,不仅提高了试验量测控制水平,也提升了模型科研整体水平,促进了研究成果的突破和创新。     

淮干正淮段大型防洪模型设计与试验验证

淮干正淮段长78．7km，有5个行沤区，河势及水流条件复杂，河道行洪能力达不到防洪规划要求，通过河工模型试验，应研究出技术可行、经济合理的整治方案，中论述了该段防洪模型的设施原理、加糙方法、自动检测与控制系统的组成和功能，用恒定流与非恒定流相结合的验证方法，模型中重现了1991年洪水过程，为方案试验奠定了基础。     

双向水槽的设计与研制

试验水槽是水力学及河流动力学开展研究的重要试验方法及设施之一。为了简化水槽试验的控制过程和提高试验精度,设计制作了国内首座可以双向运行的新型试验水槽。该水槽采用一种封闭循环的平衡式供水系统代替目前常用的供水系统,使得水槽试验的性能得以提升;同时,实现了水槽试验过程的全自动控制,包括阀门开启与关闭、泵的启动与关闭、流量的大小及水位控制等;并且可以实现水流的双向控制。     

清远抽水蓄能电站尾水事故闸门设计特点

抽水蓄能电站机组吸出高程大、安装高程低,厂房埋深处于下水库正常蓄水位以下百米以上的深度。尾水事故闸门能够及时阻断下水库及尾水隧洞的水流,以便于机组的检修,在紧急情况下可动水关闭,防止下水库水流淹没厂房。如何合理地设计尾水事故闸门,使其成为厂房名副其实的挡水墙,是抽水蓄能电站金属结构设计成功与否的关键所在。清远抽水蓄能电站尾水事故闸门的设计特点可供类似工程参考。     

液压翻板门启门力的实验与计算

液压控制翻板门是采用油压系统控制翻板门的启闭过程，减小水流对翻板门的拍击作用，增加门体稳定性，是自控翻板门迈向可控翻板门的一条重要途径，其中翻板门启门力的大小及在启闭过程中力的变化是实施有效控制的前提。本文采用模型实验和流场计算相结合的方法，对这一新型液压控制翻板门的门板压强分布，启门力大小及变化规律，降低启门力的措施进行了较为深入的研究，取得了一定研究成果。     

河工模型量测控制系统设计与应用——以赣江下游尾闾整治工程为例

赣江下游尾闾综合整治工程物理模型建于室外,且模拟河流多级分叉,对整个模型测控系统运行的可靠性以及室外的防雷性能提出了更高的要求。在分析现场情况的基础上,提出了一套较为先进的模型量测控制系统总体设计方案,控制系统由平水塔供水系统、流量控制系统、水位与流速测量系统、尾门控制系统、防雷接地系统、地形测量系统等量测子系统组成。简要介绍了各测量子系统工作原理,设计方案及实际应用情况,系统应用现代网络技术及高性能自动化测量仪器,可实现模型试验中各种参数的实时采集、控制和数据处理。试验结果表明,该测控系统可满足模型试验的测控需求。     

涌潮水槽全自动化测控系统开发及应用

由于传统涌潮水槽测控系统涉及仪器多、采样频率高、数据量大、涌潮控制与数据测量分离,需要采用多台计算机工作,影响到了数据测控的同步性。基于一体化测控思想,将涌潮水系统涉及的通讯接口全部换为RS485,建立统一规范的通讯网络。开发了涌潮水槽全自动一体化测控系统,实现了涌潮实验与数据测控的同步,解决了涌潮流速、水位快速变化过程中数据同步采集与坐标定位等问题。实例应用表明,新开发的系统测试结果与实际情况相符,并可推广至水流、泥沙及波浪等其它水槽实验中。     

OPC技术及其在南水北调中线工程自动化调度系统中的应用

水量调度系统是南水北调中线工程自动化调度系统的核心组成部分,由闸站监控系统采集的水位、流量、闸门开度等监测数据反映了输水干渠水量调度控制的实时状态,是水量调度系统中控制指令生成必不可少的输入参数。因此,需要建立水量调度系统与闸站监控系统之间的数据通信。根据OPC基本原理和数据访问规范,提出了基于OPC技术的系统集成方案,即在水量调度系统中开发OPC客户端应用程序,用于实时获取闸站监控系统采集的监测数据,并将指令发送到闸站监控系统。实践表明,基于OPC技术的集成方案能够很好地实现两个应用系统之间的数据传递,降低了系统集成的成本,增强了系统的稳定性和灵活性。     

河工模型时间变态问题试验研究

利用淮河干流正阳关至淮南田家庵段河工模型和该河段1991年实测洪水资料作为试验条件,采用真实的入出流边界条件,未作任何假定与简化,对河工模型时间变态问题开展了系列试验研究。采用自行研制的大型河工模型自动检测与控制系统,对模型入流、尾水、口门等内外边界进行自动控制,对沿程水位、流速和出口流量等水力参数进行自动检测,获得了不同时间变态率条件下这些基本参数的过程变化。根据实测资料,对时间变态引起的沿程水位、比降、流速、水流挟沙力等参数的偏离趋势进行了分析,对引起这些物理量偏离的内在原因进行了探讨。