适应水深变化的推板摇板耦合造波方法及相关设备

本技术涉及实验室波浪的物理模拟，尤其涉及一种适应水深变化的推板摇板耦合造波方法及相关设备。

背景技术：

1、在海洋工程、船舶设计与海岸工程等领域的实验研究中，物理模型试验是不可或缺的一环。造波机系统用于在目标水池中模拟自然界真实波浪，以评估结构物（如海上平台、防波堤、船体）在波浪作用下的响应。

2、相关技术中，波浪模拟水池的底部通常设置为固定平面，造波机系统沿水池侧布置多块造波板。控制造波板运动时，通常基于预设的水深值，对所有造波板计算出统一的造波板位移信号，同步驱动以生成目标波浪场。然而，这种造波方式较为单一，无法模拟水深沿水平方向发生显著变化的海洋环境（例如从深水区过渡到浅水区的近岸地形），无法实现不同水深分布场景下更精确、更灵活的波浪生成控制。

技术实现思路

1、本技术提出一种适应水深变化的推板摇板耦合造波方法及相关设备，能够模拟水深沿水平方向发生显著变化的海洋环境，实现不同水深分布场景下更精确、更灵活的波浪生成控制。

2、为实现上述目的，本技术实施例的第一方面提出了一种适应水深变化的推板摇板耦合造波方法，应用于造波系统中的计算机设备，所述造波系统还包括含有多个深水造波板的深水造波机、含有多个浅水造波板的浅水造波机，所述方法包括：

3、获取造波参数，其中，所述造波参数至少包括目标波高、波浪周期和波浪传播方向；

4、当预设的造波模式为深浅区联合造波模式时，确定所述深水造波板对应的第一传递函数模型，以及所述浅水造波板对应的第二传递函数模型；

5、确定每个深水造波板的第一板前水深值以及每个浅水造波板的第二板前水深值，通过所述第一传递函数模型基于所述波浪周期以及每个深水造波板的第一板前水深值计算对应的第一造波转换系数，以及通过所述第二传递函数模型基于所述波浪周期以及每个浅水造波板的第二板前水深值，计算对应的第二造波转换系数；

6、根据每个深水造波板以及每个浅水造波板的位置分布信息，为每个深水造波板以及每个浅水造波板选取对应的造波板位移计算模型；

7、针对每个深水造波板，通过对应选取的造波板位移计算模型，基于所述造波参数、所述第一板前水深值和所述第一造波转换系数，计算对应的第一控制信号序列；

8、针对每个浅水造波板，通过对应选取的造波板位移计算模型，基于所述造波参数、所述第二板前水深值和所述第二造波转换系数，计算对应的第二控制信号序列；

9、将每个第一控制信号序列发送至所述深水造波机，以及将每个第二控制信号序列发送至所述浅水造波机。

10、相应的，本技术实施例的第二方面提出了一种适应水深变化的推板摇板耦合造波装置，应用于造波系统中的计算机设备，所述造波系统还包括含有多个深水造波板的深水造波机、含有多个浅水造波板的浅水造波机，所述装置包括：

11、获取模块，用于获取造波参数，其中，所述造波参数至少包括目标波高、波浪周期和波浪传播方向；

12、确定模块，用于当预设的造波模式为深浅区联合造波模式时，确定所述深水造波板对应的第一传递函数模型，以及所述浅水造波板对应的第二传递函数模型；

13、第一计算模块，用于确定每个深水造波板的第一板前水深值以及每个浅水造波板的第二板前水深值，通过所述第一传递函数模型基于所述波浪周期以及每个深水造波板的第一板前水深值计算对应的第一造波转换系数，以及通过所述第二传递函数模型基于所述波浪周期以及每个浅水造波板的第二板前水深值，计算对应的第二造波转换系数；

14、选取模块，用于根据每个深水造波板以及每个浅水造波板的位置分布信息，为每个深水造波板以及每个浅水造波板选取对应的造波板位移计算模型；

15、第二计算模块，用于针对每个深水造波板，通过对应选取的造波板位移计算模型，基于所述造波参数、所述第一板前水深值和所述第一造波转换系数，计算对应的第一控制信号序列；

16、第三计算模块，用于针对每个浅水造波板，通过对应选取的造波板位移计算模型，基于所述造波参数、所述第二板前水深值和所述第二造波转换系数，计算对应的第二控制信号序列；

17、发送模块，用于将每个第一控制信号序列发送至所述深水造波机，以及将每个第二控制信号序列发送至所述浅水造波机。

18、在一些实施方式中，所述第一计算模块，还用于：

19、2、根据权利要求1所述的适应水深变化的推板摇板耦合造波方法，其特征在于，所述通过所述第一传递函数模型基于所述波浪周期以及每个深水造波板的第一板前水深值计算对应的第一造波转换系数，包括：

20、根据每个深水造波板的所述波浪周期计算波浪角频率，并基于所述波浪角频率与每个深水造波板的所述第一板前水深值，计算每个深水造波板对应的第一波浪波数；

21、将每个深水造波板的所述第一波浪波数和所述第一板前水深值注入至所述第一传递函数模型中，得到目标第一传递函数模型；

22、对所述目标第一传递函数模型进行计算，得到每个深水造波板对应的第一造波转换系数。

23、在一些实施方式中，所述第一计算模块，还用于：

24、根据每个浅水造波板的所述波浪周期计算波浪角频率，并基于所述波浪角频率与每个浅水造波板的所述第二板前水深值，计算每个浅水造波板对应的第二波浪波数；

25、将每个浅水造波板的所述第二波浪波数和所述第二板前水深值注入所述第二传递函数模型中，得到目标第二传递函数模型；

26、对所述目标第二传递函数模型进行计算，得到水池浅水区设置的每个浅水造波板的第二造波转换系数。

27、在一些实施方式中，所述位置分布信息包括池端分布和池侧分布，所述选取模块，还用于：

28、当所述深水造波板对应池端分布时，为所述深水造波板选取池端分布的造波板位移计算模型，或者，当所述深水造波板对应池侧分布时，为所述深水造波板选取池侧分布的造波板位移计算模型；

29、当所述浅水造波板对应池端分布时，为所述浅水造波板选取池端分布的造波板位移计算模型，或者，当所述浅水造波板对应池侧分布时，为所述浅水造波板选取池侧分布的造波板位移计算模型。

30、在一些实施方式中，所述第二计算模块，还用于：

31、针对每个深水造波板，根据所述波浪周期计算波浪角频率，并根据所述第一板前水深值和所述波浪角频率确定每个深水造波板对应的第一波浪波数；

32、获取预设的几何参数，并将每个深水造波板对应的所述目标波高、所述波浪传播方向、所述造波转换系数、所述波浪波数以及所述几何参数注入对应选取的造波板位移计算模型中，得到每个深水造波板对应的第一位移计算模型；

33、基于所述波浪周期确定对应的采样时间间隔，按照所述采样时间间隔在预设的采样时长中进行离散采样，得到多个采样时刻；

34、结合每个采样时刻和所述第一位移计算模型，计算每个采样时刻对应的第一目标位移；

35、结合每个深水造波板对应的每个采样时刻的所述第一目标位移，得到每个深水造波板对应的第一控制信号序列。

36、在一些实施方式中，所述第二计算模块，还用于：

37、针对每个采样时刻，确定每个深水造波板对应的第一目标位移和当前的实时位移，并基于所述第一目标位移和所述实时位移之间的差异，计算对应的采样时刻下针对对应的深水造波板的驱动控制量；

38、获取预设的控制参数，并基于对应的所述采样时刻下所述深水造波板的所述驱动控制量与所述控制参数，生成所述采样时刻下针对当前的所述深水造波板的控制信号；

39、基于多个采样时刻对应的所述控制信号，生成每个深水造波板对应的第一控制信号序列。

40、在一些实施方式中，所述第三计算模块，还用于：

41、针对每个浅水造波板，根据所述波浪周期计算波浪角频率，并根据所述第二板前水深值和所述波浪角频率确定每个浅水造波板对应的第二波浪波数；

42、获取预设的几何参数，并将每个浅水造波板对应的所述目标波高、所述波浪传播方向、所述造波转换系数、所述波浪波数以及所述几何参数注入对应选取的造波板位移计算模型中，得到每个浅水造波板对应的第二位移计算模型；

43、基于所述波浪周期确定对应的采样时间间隔，按照所述采样时间间隔在预设的采样时长中进行离散采样，得到多个采样时刻；

44、结合每个采样时刻和所述第二位移计算模型，计算每个采样时刻对应的第二目标位移；

45、结合每个浅水造波板对应的每个采样时刻的所述第二目标位移，得到每个浅水造波板对应的第二控制信号序列。

46、相应的，本技术实施例的第三方面提出了一种计算机设备，计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现本技术第一方面实施例任一项的适应水深变化的推板摇板耦合造波方法。

47、相应的，本技术实施例的第四方面提出了一种计算机可读存储介质，存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现本技术第一方面实施例任一项的适应水深变化的推板摇板耦合造波方法。

48、本技术实施例通过获取造波参数，其中，造波参数至少包括目标波高、波浪周期和波浪传播方向；当预设的造波模式为深浅区联合造波模式时，确定深水造波板对应的第一传递函数模型，以及浅水造波板对应的第二传递函数模型；确定每个深水造波板的第一板前水深值以及每个浅水造波板的第二板前水深值，通过第一传递函数模型基于波浪周期以及每个深水造波板的第一板前水深值计算对应的第一造波转换系数，以及通过第二传递函数模型基于波浪周期以及每个浅水造波板的第二板前水深值，计算对应的第二造波转换系数；根据每个深水造波板以及每个浅水造波板的位置分布信息，为每个深水造波板以及每个浅水造波板选取对应的造波板位移计算模型；针对每个深水造波板，通过对应选取的造波板位移计算模型，基于造波参数、第一板前水深值和第一造波转换系数，计算对应的第一控制信号序列；针对每个浅水造波板，通过对应选取的造波板位移计算模型，基于造波参数、第二板前水深值和第二造波转换系数，计算对应的第二控制信号序列；将每个第一控制信号序列发送至深水造波机，以及将每个第二控制信号序列发送至浅水造波机。以此，能够通过为每块造波板独立分配其板前实际水深并匹配差异化的传递函数模型与位移计算模型，实现不同水深位置处造波板运动的逐板精准解算。具体来说，相关技术中所有造波板共用统一预设水深和单一造波模型，无法响应水深沿水平方向的变化；而本技术在深浅区联合造波模式下，每一造波板根据自身所处实际水深以及自身类型（深水摇板或浅水推板）分别计算位移序列，使得深水区与浅水区造波板各自按照适配的动力学规律运动，从而在统一波浪场中自然衔接水深过渡带来的波浪参数变化。综上，本技术能够模拟水深沿水平方向发生显著变化的海洋环境，实现不同水深分布场景下更精确、更灵活的波浪生成控制。