液压振动式大功率造波系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于波浪模拟领域，具体涉及一种液压振动式大功率造波系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]在船舶、港口、海岸工程、海洋工程等领域，造波技术是一项重要的试验技术，造波技术是由作为重要的实验室装置的造波系统来模拟实现的。造波系统由控制器、驱动装置和推波板等组成，在控制器的控制下，驱动装置带动推波板按照一定的控制规律运动，推波板推动流体介质，形成各种形式的模拟波浪，用于研究波浪对行船、码头及堤坝等水中建筑物的作用。
[0003]根据驱动装置的不同，可以将造波系统分为两类:基于电机驱动的造波系统和基于液压驱动的造波系统。在轻载工况下，造波系统较多地采用电机驱动方式。而在重载工况下，造波系统一般采用液压驱动方式。
[0004]基于液压驱动的造波系统通常使用液压缸推动推波板做直线往复运动，以此来生成波浪。为了使液压缸的活塞工作于交替换向模式，需要控制连接于液压缸的换向阀并使其交替工作于不同的阀芯位置以实现输入液压缸的油液方向的变换。
[0005]现有的基于液压驱动的造波系统通常采用滑阀形式的换向阀，滑阀形式的换向阀响应速度较慢，而且难以实现较高的换向频率以及较佳的换向精度。滑阀形式的换向阀无论是采用电磁换向还是液动换向，在换向频率受到限制的同时，还会受到通流流量的限制，无法兼顾造波系统对换向频率和通流流量的要求，以致于现有的造波系统无法模拟实现期望波形较复杂的波浪时。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是提供一种液压振动式大功率造波系统及其控制方法，该造波系统使用由阀芯旋转式换向阀和四个插装阀组成的控制阀组来控制液压缸的运动，从而可以兼具阀芯旋转式换向阀的换向频率控制精度高、控制范围广以及插装阀通流流量大的优点。
[0007]为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案:
一种液压振动式大功率造波系统，包括推波板、液压缸、控制阀组、供油装置、控制器以及油箱，所述推波板连接于所述液压缸的活塞杆，所述推波板能够在所述活塞杆的直线往复作用带动下生成模拟波浪，所述供油装置能够从所述油箱中吸取油液且能够通过所述控制阀组向所述液压缸供应油液。
[0008]液压振动式大功率造波系统还包括调速阀和步进电机，所述控制阀组设有A 口、B口和P 口以及所述控制阀组包括阀芯旋转式换向阀和四个插装阀，所述阀芯旋转式换向阀设有可旋转的阀芯，所述步进电机连接于所述阀芯旋转式换向阀的阀芯。所述液压缸为双作用双活塞液压缸且设有e腔、f腔以及E 口、F 口，所述控制阀组的A 口连接于所述液压缸的E 口从而与所述液压缸的e腔相连通，所述控制阀组的B 口连接于所述液压缸的F 口从而与所述液压缸的f腔相连通，所述供油装置连接于所述调速阀的进油口，所述调速阀的出油口连接于所述控制阀组的P 口。所述控制器分别电连接于所述步进电机、所述调速阀和所述供油装置。
[0009]进一步的，所述阀芯旋转式换向阀设有TO 口、PO 口、AO 口和BO 口，所述阀芯旋转式换向阀的TO 口连接于所述油箱，所述阀芯旋转式换向阀的PO 口与所述控制阀组的P 口相连通。
[0010]所述阀芯旋转式换向阀具有两个工作位，分别为左位和右位，所述步进电机带动所述阀芯旋转式换向阀的阀芯转动时，所述阀芯旋转式换向阀交替工作在左位和右位。所述阀芯旋转式换向阀工作在左位时，所述阀芯旋转式换向阀的AO 口和TO 口相连通，且PO口和BO 口相连通。所述阀芯旋转式换向阀工作在右位时，所述阀芯旋转式换向阀的TO 口和BO 口相连通，且AO 口和PO 口相连通。
[0011]所述控制阀组的四个插装阀分别为第一插装阀、第二插装阀、第三插装阀和第四插装阀，所述第一插装阀的BI 口和所述第四插装阀的B4 口分别连接于所述油箱，所述阀芯旋转式换向阀的BO 口分别连接于所述第一插装阀的Xl 口和所述第三插装阀的X3 口，所述阀芯旋转式换向阀的AO 口分别连接于所述第二插装阀的X2 口和所述第四插装阀的X4 口。所述控制阀组的A 口分别与所述第一插装阀的Al 口和所述第二插装阀的A2 口相连通，所述控制阀组的B 口分别与所述第三插装阀的A3 口和所述第四插装阀的A4 口相连通，所述控制阀组的P 口分别与所述第二插装阀的B2 口和所述第三插装阀的B3 口相连通。
[0012]进一步的，液压振动式大功率造波系统还包括传感器集合，所述传感器集合包括加速度传感器、位移传感器、流量传感器和浪高仪，所述控制器分别电连接于所述加速度传感器、位移传感器、浪高仪和所述流量传感器。所述调速阀通过所述流量传感器连接于所述控制阀组的P 口，其中，所述流量传感器的进油口连接于所述调速阀的出油口，所述流量传感器的出油口连接于所述控制阀组的P 口。
[0013]所述加速度传感器和所述位移传感器用于测量所述推波板的加速度和位移，所述浪高仪用于测量模拟出的波浪的波高。
[0014]进一步的，所述供油装置包括变频电机和液压栗，所述变频电机连接于所述液压栗并能够带动所述液压栗转动，所述控制器电连接于所述变频电机；所述液压栗的进油口连接于所述油箱，所述液压栗的出油口连接于所述调速阀的进油口。
[0015]进一步的，液压振动式大功率造波系统还包括单向阀、比例溢流阀和电磁溢流阀，所述控制器电连接于所述比例溢流阀和所述电磁溢流阀；所述电磁溢流阀的进油口连接于所述液压栗的出油口，所述电磁溢流阀的出油口连接于所述油箱；所述调速阀的出油口连接于所述单向阀的进油口，所述单向阀的出油口分别连接于所述比例溢流阀的进油口和所述控制阀组的P 口，所述比例溢流阀的出油口连接于所述油箱；从而，所述液压栗依次通过所述调速阀、所述单向阀、所述控制阀组向所述液压缸提供油液。
[0016]进一步的，所述液压栗为变量液压栗，所述控制器电连接于该变量液压栗的排量调节装置。
[0017]进一步的，液压振动式大功率造波系统还包括安全阀，所述安全阀的进油口连接于所述调速阀的出油口，所述安全阀的出油口连接于所述油箱，所述液压栗的进油口连接所述油箱的管路上设有过滤器。
[0018]液压振动式大功率造波系统的控制方法，具体如下:
启动液压振动式大功率造波系统，在控制器中预先设定将要由液压振动式大功率造波系统模拟的波浪的波形参数，所述波形参数包括波长和波高；控制器根据已设定好的波形参数计算出推波板的预设运动轨迹，所述推波板的预设运动轨迹的轨迹参数包括推波板的位移和移动速度；
所述液压振动式大功率造波系统设有位移传感器，在液压振动式大功率造波系统启动之后，位移传感器将实际检测出的推波板的位移发送至控制器，控制器根据接收到的推波板的位移并结合记录的时间计算出推波板的移动速度；进一步地，控制器根据实际检测出的推波板的位移以及计算出的推波板的移动速度绘制出推波板的实际运动轨迹，然后将推波板的实际运动轨迹与预设运动轨迹相比较，得出运动轨迹偏差；之后，控制器根据该运动轨迹偏差经算法控制后输出控制信号以调节调速阀的阀口大小以及步