虚拟仪器技术在水池造波控制系统中的应用研究

论文摘要

先进的波浪水槽或水池是实验研究海岸动力的必备设备,目前已被广泛应用于涉及波浪问题的海岸及海洋工程问题的研究中。波浪水槽和水池建设中的重点和难点是如何建立合理的造波控制系统。本文首先介绍了造波机的发展史和波浪理论的相关知识,重点阐述了实验室造波机的组成和工作原理,以及造波控制系统和采集系统的开发技术。以天津大学港口海岸及近海工程实验室交流伺服多向不规则波造波机为研究对象,建立了一套完整的造波控制系统。该控制软件基于Windows操作系统,首创性的采用LabVIEW和Visual C++混合编程语言为开发平台,将造波机控制、数据采集、传感器标定以及数据分析集于一体,实现了对规则波、椭余波、破碎波、单向不规则波和多向不规则波的实验模拟,通过多次试验验证,结果表明该造波控制系统能够较合理的模拟控制实验过程。其次针对PCI-7484数据采集卡,开发出一套实时数据采集系统,实现了对非NI数据采集卡的驱动控制,并应用动态链接库技术实现了单通道、多通道数据采集,并能够实时显示采集的波形,采集精度较高;最后利用线性拟合方法成功实现对传感器的标定,率定出传感器的传递系数和相关性系数,并对所采集数据进行了多种数据分析。该造波控制系统界面采用LabVIEW中的VI Server技术,实现了程序的动态控制,操作简单、方便,具有良好的用户界面。此系统的开发有助于实验室的各种教学实验及相关科研工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究内容和意义
• 1.2 国内外发展现状综述
• 1.3 LabVIEW简介
• 1.4 本文的主要研究工作
• 第二章 波浪理论与模拟方法
• 2.1 规则波理论
• 2.1.1 微幅波理论
• 2.1.2 椭圆余弦波理论
• 2.1.3 破碎波理论
• 2.2 随机波理论
• 2.2.1 频谱
• 2.2.2 方向谱
• 2.3 波浪模拟方法
• 2.3.1 斜向波的模拟
• 2.3.2 多向波的模拟
• 第三章 造波机的组成和工作原理
• 3.1 水池造波机的组成
• 3.2 工作原理
• 第四章 控制软件的实现
• 4.1 软件的设计原则
• 4.2 软件的界面
• 4.3 波列计算
• 4.4 网络通信
• 第五章 数据采集
• 5.1 虚拟仪器的组成
• 5.2 数据采集卡的参数
• 5.2.1 硬件参数
• 5.2.2 PCI-7484 采集卡参数
• 5.3 采集卡函数
• 5.3.1 接口函数
• 5.3.2 函数调用说明
• 5.4 传感器标定
• 5.5 数据采集软件设计
• 第六章 数据处理
• 6.1 统计分析
• 6.2 极值分析
• 6.3 频谱分析
• 6.3.1 谱估计的发展过程
• 6.3.2 谱估计方法
• 6.4 方向谱分析
• 6.4.1 方向谱分析方法概述
• 6.4.2 方向谱的分析方法
• 6.4.3 阵列的布置
• 第七章 造波试验及特性分析
• 7.1 规则波试验
• 7.2 不规则波试验
• 第八章 结论和展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢