面向拦鱼电栅的自适应清洁系统及控制方法与流程

本发明涉及水利工程，具体涉及一种面向拦鱼电栅的自适应清洁系统及控制方法。

背景技术：

1、拦鱼电栅是一种将电极布设在水中，通过电极的脉冲电场驱赶或阻拦鱼类的水利保护设施。拦鱼电栅的电极长期浸泡在水里，水体中的泥沙、藻类及微生物等极易在电极表面附着沉积，导致电极电阻增大、有效工作面积改变，造成电场强度分布畸变，影响拦鱼效果，同时附着物加剧了电极的局部腐蚀，缩短了使用寿命。同时也由于电极长期置于水下的缘故，人工清洁成本过高，因此通常考虑在电极上设置机械化自清洁结构，但采用机械方式对电极进行清洁时，清洁机构的动作会改变电极的有效裸露面积和周围流场环境，导致电极间等效阻抗突变而引起脉冲电场瞬时畸变，从而在清洁过程中出现拦鱼的“逃逸窗口期”，使原本被有效阻拦的鱼类可能在该时段内穿过电栅，造成拦鱼失效。

2、鉴于此，故设计本发明，以针对上述问题进行解决。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决上述的不足，提供一种面向拦鱼电栅的自适应清洁系统及控制方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、一种面向拦鱼电栅的自适应清洁系统，包括电极管和脉冲发生器，所述电极管的外壁设有螺旋导流槽；还包括清洁机构，所述清洁机构包括滑动套设于所述电极管外侧的刮环，以及驱动所述刮环沿所述电极管轴向往复运动的驱动组件，所述刮环的内壁设有与所述螺旋导流槽滑动配合的导向凸块以及与电极管外壁滑动抵合的保持块；还包括分别与所述驱动组件和所述脉冲发生器电连接的控制器，并将控制器配置为：获取所述刮环的轴向位置；根据所述轴向位置确定所述刮环因所述螺旋导流槽导向而产生的周向旋转角度；根据所述周向旋转角度，向所述脉冲发生器发送补偿信号，以补偿清洁过程中的电场畸变。

4、进一步的，所述补偿信号为电压补偿信号；所述控制器根据以下公式生成所述电压补偿信号：

5、

6、其中，为补偿电压值，为刮环的轴向位移变化量，α为所述螺旋导流槽的螺旋角，r 为所述电极管的半径，k1为线性补偿系数，k2为非线性补偿系数；θ为刮环的周向旋转角度。

7、进一步的，所述周向旋转角度θ的获取公式为：

8、θ=(α·δl)/r

9、其中，α为螺旋导流槽的螺旋角，r为电极管的半径，δl为所述刮环的轴向位移变化量。

10、进一步的，所述线性补偿系数k1根据以下公式确定：

11、

12、其中，为所述刮环位于初始位置时脉冲发生器的基准输出电压，为所述刮环位于最大轴向行程时维持预定拦鱼电场强度所需的维持电压；

13、所述非线性补偿系数k2通过在0～范围内多个位移点位的电场畸变率测量值进行曲线拟合获得。

14、进一步的，所述螺旋导流槽的螺旋角为15°～45°。

15、进一步的，所述控制器还获取所述驱动组件的运行状态，当运行状态满足预设的疏阻清洁触发条件时，所述控制器控制驱动组件正反交替驱动，使所述刮环沿所述螺旋导流槽产生周向高频微动，以在刮环与电极管之间形成高压射流。

16、进一步的，所述运行状态包括驱动组件的运行电流、运行扭矩或运行压力；

17、所述预设的疏阻清洁触发条件为运行电流超过预设电流阈值、运行扭矩超过预设扭矩阈值或运行压力超过预设压力阈值中任一项。

18、进一步的，所述刮环的上下两端分别设有弹性刮片，所述弹性刮片与电极管的外壁动态密封接触。

19、进一步的，所述驱动组件包括驱动电机、安装在驱动电机上并与电极管平行的螺纹丝杆以及一端与螺纹丝杆螺纹套接另一端与刮环枢接的连接板。

20、一种拦鱼电栅的自适应清洁系统控制方法，应用于上述系统，包括以下步骤：

21、s1：驱动刮环沿电极管轴向往复滑动，实时获取所述刮环的轴向位置；

22、s2：控制器根据上述周向旋转角度公式获得周向旋转角度θ，再根据上述电压补偿信号公式生成补偿信号并发送至脉冲发生器，以补偿正常滑动过程中的电场畸变；

23、s3：控制器实时监测驱动组件的运行状态，当所述运行状态满足预设的疏阻清洁触发条件时，则判定刮环处于卡滞或高阻力状态；

24、s4：响应于所述卡滞或高阻力状态，控制驱动组件正反交替驱动，使刮环沿螺旋导流槽产生周向高频微动，以疏通卡滞并剥离附着物；

25、s5：恢复至正常滑动及补偿状态。

26、与现有技术相比，本方案的有益效果是：本发明通过刮环沿螺旋导流槽的往复滑动，以实现对电极管表面附着物自动清洁的同时使刮环产生周向旋转，利用其旋转角度与轴向位移之间存在的固定几何映射关系计算出对应补偿信号，从而对清洁过程中的电场畸变进行实时动态补偿，避免了清洁过程中因电场畸变导致的“逃逸窗口期”现象的发生。

1.一种面向拦鱼电栅的自适应清洁系统，包括电极管（1）和脉冲发生器（11），其特征在于：

2.根据权利要求1所述的面向拦鱼电栅的自适应清洁系统，其特征在于：所述补偿信号为电压补偿信号；所述控制器根据以下公式生成所述电压补偿信号：

3.根据权利要求2所述的面向拦鱼电栅的自适应清洁系统，其特征在于：所述周向旋转角度θ的获取公式为：

4.根据权利要求2所述的面向拦鱼电栅的自适应清洁系统，其特征在于：所述线性补偿系数k1根据以下公式确定：

5.根据权利要求1所述的面向拦鱼电栅的自适应清洁系统，其特征在于：所述螺旋导流槽（2）的螺旋角为15°～45°。

6.根据权利要求1所述的面向拦鱼电栅的自适应清洁系统，其特征在于：所述控制器还获取所述驱动组件的运行状态，当运行状态满足预设的疏阻清洁触发条件时，所述控制器控制驱动组件正反交替驱动，使所述刮环（21）沿所述螺旋导流槽（11）产生周向高频微动，以在刮环（21）与电极管（1）之间形成高压射流。

7.根据权利要求6所述的面向拦鱼电栅的自适应清洁系统，其特征在于：所述运行状态包括驱动组件的运行电流、运行扭矩或运行压力；

8.根据权利要求1所述的面向拦鱼电栅的自适应清洁系统，其特征在于：所述刮环（21）的上下两端分别设有弹性刮片（3），所述弹性刮片（3）与电极管（1）的外壁动态密封接触。

9.根据权利要求1所述的面向拦鱼电栅的自适应清洁系统，其特征在于：所述驱动组件包括驱动电机（4）、安装在驱动电机（4）上并与电极管（1）平行的螺纹丝杆（41）以及一端与螺纹丝杆（41）螺纹套接另一端与刮环（21）枢接的连接板（42）。

10.一种拦鱼电栅的自适应清洁系统控制方法，应用于如权利要求1-9中任一项所述的系统，其特征在于，包括以下步骤：