專利名稱：一種河工模型中尾門水位自動控制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種河工模型中尾門水位自動控制方法及系統(tǒng)，屬于水位控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
河工模型是將河流按相似原理縮成模型，在模型內(nèi)研究各有關(guān)因素(水流、地形等)在不同情況下變化的一種方法。在河工模型試驗中，尾門水位的調(diào)節(jié)是試驗工程中一個重要環(huán)節(jié)，其調(diào)節(jié)的精度將直接影響試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性?，F(xiàn)有技術(shù)中對尾門水位的調(diào)節(jié)一般采用人工控制，當(dāng)河工模型的尾門水位控制斷面安裝的水位測針的針尖調(diào)至目標(biāo)水位所需水面位置時，人工調(diào)節(jié)閘板或調(diào)節(jié)閥，使河工模型的水面剛好與水位測針的針尖接觸，則河工模型對應(yīng)的水位即為所需目標(biāo)水位。實際操作過程:當(dāng)河工模型的當(dāng)前水位比目標(biāo)水位高時，說明當(dāng)前閘孔和調(diào)節(jié)閥的過流能力較小，這時需加大閘孔和調(diào)節(jié)閥的開度，以增加過流能力，使模型水位下降，若加大閘孔和調(diào)節(jié)閥的開度后水流基本穩(wěn)定時的水位比目標(biāo)水位還高，則說明閘孔和調(diào)節(jié)閥的開度不夠，需繼續(xù)增大閘孔和調(diào)節(jié)閥的開度；若加大閘孔和調(diào)節(jié)閥的開度后水流基本穩(wěn)定時的水位比目標(biāo)水位低，則需減小開度使模型水位上升。由此可知，只有當(dāng)人工調(diào)節(jié)的閘孔和調(diào)節(jié)閥的開度與理想開度特別接近時，河工模型中的水位才能穩(wěn)定在目標(biāo)水位，否則會出現(xiàn)忽高忽低的震蕩，使得調(diào)整效率低下。故在實際河工模型試驗中，尾門水位調(diào)節(jié)往往需經(jīng)驗豐富的操作者實時進行看守，才能防止水位發(fā)生較大變化，以避免河工模型與原型河道發(fā)生較大的偏離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種河工模型中尾門水位自動控制方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中人工調(diào)節(jié)尾門水位出現(xiàn)忽高忽低的震蕩，使得調(diào)整效率低下的問題，為此本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:一種河工模型中尾門水位自動控制方法，包括:采集當(dāng)前水位值和當(dāng)前閥門輸出的電流值；根據(jù)所述當(dāng)前水位值和目標(biāo)水位值通過比例-積分-微分PID控制確定電流增量，并將所述當(dāng)前閥門輸出的電流值與所述電流增量相加獲得閥門電流輸入值；將所述閥門電流輸入值轉(zhuǎn)成成模擬信號輸入給閥門，以調(diào)節(jié)閥門的開度。一種河工模型中尾門水位自動控制系統(tǒng)，其特征在于，包括:水位測量儀器采用可自動采集的水位儀；尾水出流控制閥門采用電動調(diào)節(jié)閥門，該閥門可實時反饋當(dāng)前開度，能接收控制信號，并按控制信號達到預(yù)定的開度；采集模塊，用于采集當(dāng)前水位值和當(dāng)前閥門輸出的電流值；閥門電流輸入值確定模塊，用于根據(jù)所述采集模塊采集的當(dāng)前水位值和目標(biāo)水位值通過比例-積分-微分PID控制確定電流增量，并將所述采集模塊采集的當(dāng)前閥門輸出的電流值與所述電流增量相加獲得閥門電流輸入值；閥門調(diào)節(jié)模塊，用于將所述閥門電流輸入值確定模塊確定的閥門電流輸入值轉(zhuǎn)成成模擬信號輸入給閥門，以調(diào)節(jié)閥門的開度。本發(fā)明實施方式提供的河工模型中尾門水位自動控制方法及系統(tǒng)，使河工模型試驗尾門水位能快速且穩(wěn)定的達到設(shè)定的目標(biāo)值，可實現(xiàn)持續(xù)調(diào)整，克服了因水位變化緩慢人為難以觀測而造成的水位偏差，提高了河工模型試驗的可靠度。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本發(fā)明所述的一種河工模型中尾門水位自動控制方法的流程示意圖；圖2是本發(fā)明所述的一種河工模型中尾門水位自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明所述的一種河工模型中尾門水位自動控制系統(tǒng)應(yīng)用于河工模型的示意圖；圖4-1為圖3的A-A’項的首I]面不意圖，圖4-2為圖3的B-B’項的首I]面不意圖，圖4-3為圖3的C-C’項的剖面示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。本發(fā)明實施方式提供的一種河工模型中尾門水位自動控制系統(tǒng)和方法，如圖1所示，包括:將傳統(tǒng)水位測量儀器水位測針更換為采用可自動采集的水位儀，如超聲波水位計或振動式水位計；將傳統(tǒng)尾水出流控制的人工控制閥門更換為可實現(xiàn)自動控制的電動調(diào)節(jié)閥門，該閥門可實時反饋當(dāng)前開度，能接收控制信號，并按控制信號達到預(yù)定的開度；還包括以下內(nèi)容:11、采集當(dāng)前水位值和當(dāng)前閥門輸出的電流值。具體地，經(jīng)過一定的時間間隔通過超聲波水位計或振動式水位計采集當(dāng)前水位值，經(jīng)過一定的時間間隔通過ADAM4117采集當(dāng)前閥門輸出的電流值，其中時間間隔可以為200ms-800mso下面以超聲波水位計采集當(dāng)前水位值為例進行說明，首先向該超聲波水位計發(fā)送其傳感器的地址“MSComml.0utput= “1””，即可接收到水位數(shù)據(jù)“Buffer=MSComml.1nput”，具體若該超聲波水位計的輸出格式為“#1.00T0.8151C20.32”，則“#1.00”表示水位計的地址；“T0.8151”表示測量的當(dāng)前水位值，即水位計的傳感器與水面之間的距離；“C20.32”表示當(dāng)前溫度值。12、根據(jù)所述當(dāng)前水位值和目標(biāo)水位值通過比例-積分-微分PID控制確定電流增量，并將所述當(dāng)前閥門輸出的電流值與所述電流增量相加獲得閥門電流輸入值。具體地，根據(jù)所述當(dāng)前水位值和目標(biāo)水位值通過比例-積分-微分PID控制確定電流增量包括:dl = Kp (H0-Ht) +K1 (Ht-Ht^1) +Kd其中，dl表示電流增量，H0表示目標(biāo)水位值，Ht表示t時刻的水位值，Ht^1為t時刻前一刻，即t-Ι時刻的水位值，Ht_2為t-Ι的前一時刻的水位值，Kp表示比例系數(shù),K1表示積分系數(shù)，Kd表示微分系數(shù)，具體KP、K1和Kd可以根據(jù)實際情況確定，具體本實施例可以取Kp = 0.015，K1 = 1，Kd = 0.3。
t進一步上述公式是
權(quán)利要求
1.一種河工模型中尾門水位自動控制方法，其特征在于，包括: 采集當(dāng)前水位值和當(dāng)前閥門輸出的電流值； 根據(jù)所述當(dāng)前水位值和目標(biāo)水位值通過比例-積分-微分PID控制確定電流增量，并將所述當(dāng)前閥門輸出的電流值與所述電流增量相加獲得閥門電流輸入值； 將所述閥門電流輸入值轉(zhuǎn)成成模擬信號輸入給閥門，以調(diào)節(jié)閥門的開度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述當(dāng)前水位值和目標(biāo)水位值通過比例-積分-微分PID控制確定電流增量，具體包括:dl = Kp (Htl-Ht)+K1 (Ht-Hw)+Kd (Η「2Ηη+Η,_2) 其中，dl表示電流增量，Htl表示目標(biāo)水位值，Ht表示當(dāng)前水位值，Ht^1為t-Ι時刻的水位值，Ht_2為t-Ι的上一時刻的水位值，Kp表不比例系數(shù)，K1表不積分系數(shù)，Kd表不微分系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，若所述閥門電流輸入值為4mA-20mA，則當(dāng)所述閥門電流輸入值為4mA時，所述閥門為全關(guān)，開度為0%;當(dāng)所述閥門電流輸入值為20mA時，所述閥門為全開，開度為100%，所述閥門在0%-100%之間的開度與所述輸入值為4mA-20mA之間的電流值按固定的關(guān)系相對應(yīng)。
4.一種河工模型中尾門水位自動控制系統(tǒng)，其特征在于，包括: 采集模塊，用于采集當(dāng)前水位值和當(dāng)前閥門輸出的電流值； 閥門電流輸入值確定模塊，用 于根據(jù)所述采集模塊采集的當(dāng)前水位值和目標(biāo)水位值通過比例-積分-微分PID控制確定電流增量，并將所述采集模塊采集的當(dāng)前閥門輸出的電流值與所述電流增量相加獲得閥門電流輸入值； 閥門調(diào)節(jié)模塊，用于將所述閥門電流輸入值確定模塊確定的閥門電流輸入值轉(zhuǎn)成成模擬信號輸入給閥門，以調(diào)節(jié)閥門的開度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述閥門電流輸入值確定模塊，用于根據(jù)所述當(dāng)前水位值和目標(biāo)水位值通過PID控制確定電流增量，具體包括:dl = Kp (Htl-Ht)+K1 (Ht-Hw)+Kd (Η「2Ηη+Η,_2) 其中，dl表示電流增量，Htl表示目標(biāo)水位值，Ht表示當(dāng)前水位值，Ht^1為t-Ι時刻的水位值，Ht_2為t-Ι的上一時刻的水位值，Kp表不比例系數(shù)，K1表不積分系數(shù)，Kd表不微分系數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，若所述閥門調(diào)節(jié)模塊中所述閥門電流輸入值為4mA-20mA，則當(dāng)所述閥門電流輸入值為4mA時，所述閥門為全關(guān)，開度為0% ;當(dāng)所述閥門電流輸入值為20mA時，所述閥門為全開，開度為100%，所述閥門在0%-100%之間的開度與所述輸入值為4mA-20mA之間的電流值按固定的關(guān)系相對應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述采集模塊為超聲波水位計或振動式水位計。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述閥門采用電動調(diào)節(jié)閥，所述電動調(diào)節(jié)閥的口徑根據(jù)模型流量及尾部過水能力確定。
全文摘要
一種河工模型中尾門水位自動控制方法及系統(tǒng)，屬于水位控制技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明首先，采集當(dāng)前水位值和當(dāng)前閥門輸出的電流值；然后，根據(jù)所述當(dāng)前水位值和目標(biāo)水位值通過比例-積分-微分PID控制確定電流增量，并將所述當(dāng)前閥門輸出的電流值與所述電流增量相加獲得閥門電流輸入值；最后，將所述閥門電流輸入值轉(zhuǎn)成成模擬信號輸入給閥門，以調(diào)節(jié)閥門的開度。本發(fā)明實施例使河工模型試驗尾門水位能快速且穩(wěn)定的達到設(shè)定的目標(biāo)水位值，可實現(xiàn)持續(xù)調(diào)整，克服了因水位變化緩慢人為難以觀測而造成的水位偏差，提高了河工模型試驗的可靠度。
文檔編號G05D9/12GK103116367SQ201310035078
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者曹文洪, 劉春晶, 張曉明, 朱畢生, 王向東 申請人:中國水利水電科學(xué)研究院