Generation of regular waves with FPGA based controller in a wave channel

Batın Demircan; Sabri Bıçakçı

Makale detayları

Generation of regular waves with FPGA based controller in a wave channel

Yazarlar:

Batın Demircan | Sabri Bıçakçı

Yayıncı:

Balıkesir University

Ana Başlıklar:

Kontrol Teorisi ve Uygulamaları

Dergi:

Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi Vol.27 Issue 2, pp.519-536

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

7/2025

Belge Dili:

İngilizce

Document ID (Org No.):

2001343040

pISSN:

1301-7985

Anahtar kelimeler:

Özet:

 Wave channel systems provide crucial experimental platforms for the development and optimization of wave energy converters. By enabling the safe and repeatable simulation of real ocean conditions, these systems play a key role in understanding wave behavior and reducing design risks. They allow the generation of a specific wave model to investigate the effects of water waves on coastal structures, coastal ecosystems, and offshore platforms. In this study, a hydraulically controlled piston-type wave generator was utilized in a 24-meter-long wave channel, which measures 1 meter in width and 1 meter in height, to produce regular waves. The wave generation system in the channel is operated by a hydraulic cylinder with a 400 mm stroke, controlled by a proportional directional control valve. An NI-CRIO 9074 programmable automation controller PAC, featuring Field Programmable Gate Array FPGA technology and an NI-9263 analog output module with 15-bit resolution, was used for controlling the proportional directional control valve. The cylinder position was measured at 15-bit resolution using an NI-9215 analog input module. A proportional-integral control PI technique was implemented on the NI-CRIO 9074 hardware. The controller gains were determined experimentally, with a computer employed to perform real-time measurement and data logging of the generated waves. The entire system is managed by the NI-CRIO 9074 and regular wave production is achieved through LabVIEW-based user interface programs running on the computer.

 Wave channel systems provide crucial experimental platforms for the development and optimization of wave energy converters. By enabling the safe and repeatable simulation of real ocean conditions, these systems play a key role in understanding wave behavior and reducing design risks. They allow the generation of a specific wave model to investigate the effects of water waves on coastal structures, coastal ecosystems, and offshore platforms. In this study, a hydraulically controlled piston-type wave generator was utilized in a 24-meter-long wave channel, which measures 1 meter in width and 1 meter in height, to produce regular waves. The wave generation system in the channel is operated by a hydraulic cylinder with a 400 mm stroke, controlled by a proportional directional control valve. An NI-CRIO 9074 programmable automation controller PAC, featuring Field Programmable Gate Array FPGA technology and an NI-9263 analog output module with 15-bit resolution, was used for controlling the proportional directional control valve. The cylinder position was measured at 15-bit resolution using an NI-9215 analog input module. A proportional-integral control PI technique was implemented on the NI-CRIO 9074 hardware. The controller gains were determined experimentally, with a computer employed to perform real-time measurement and data logging of the generated waves. The entire system is managed by the NI-CRIO 9074 and regular wave production is achieved through LabVIEW-based user interface programs running on the computer.

 Wave channel systems provide crucial experimental platforms for the development and optimization of wave energy converters. By enabling the safe and repeatable simulation of real ocean conditions, these systems play a key role in understanding wave behavior and reducing design risks. They allow the generation of a specific wave model to investigate the effects of water waves on coastal structures, coastal ecosystems, and offshore platforms. In this study, a hydraulically controlled piston-type wave generator was utilized in a 24-meter-long wave channel, which measures 1 meter in width and 1 meter in height, to produce regular waves. The wave generation system in the channel is operated by a hydraulic cylinder with a 400 mm stroke, controlled by a proportional directional control valve. An NI-CRIO 9074 programmable automation controller PAC, featuring Field Programmable Gate Array FPGA technology and an NI-9263 analog output module with 15-bit resolution, was used for controlling the proportional directional control valve. The cylinder position was measured at 15-bit resolution using an NI-9215 analog input module. A proportional-integral control PI technique was implemented on the NI-CRIO 9074 hardware. The controller gains were determined experimentally, with a computer employed to perform real-time measurement and data logging of the generated waves. The entire system is managed by the NI-CRIO 9074 and regular wave production is achieved through LabVIEW-based user interface programs running on the computer.

 Dalga kanalı sistemleri, dalga enerjisi dönüştürücülerinin geliştirilmesi ve optimizasyonu için kritik deneysel platformlar sunar. Gerçek okyanus koşullarının güvenli ve tekrarlanabilir şekilde simüle edilmesini sağlayan bu sistemler, dalga davranışının anlaşılmasında ve tasarım risklerinin azaltılmasında önemli rol oynamaktadır. Dalga kanalı sistemleri belirli bir dalga modelinin üretilmesini sağlayarak su dalgalarının kıyı yapıları, kıyı ekosistemleri ve açık deniz platformları üzerindeki etkilerinin anlaşılması için çalışmalarda kullanılmaktadır. Bu çalışmada toplam uzunluğu 24 metre, genişlik ve yüksekliği ise 1er metre olan dalga kanalında düzenli dalgaların üretimi için hidrolik kontrollü ve piston tip dalga üretici kullanılmıştır. Dalga kanalında bulunan dalga üretici sisteminde 400mm stroka sahip hidrolik bir silindir ile oransal yön kontrol valfi tarafından kontrol edilmektedir. Dalga üretimi için oransal yön kontrol valfinin kontrolü için NI-CRIO 9074 paket kontrolcüsü PAC, Field Programmable Gate Array FPGA donanımı yapısında ve NI-9263 analog çıkış modülü 15bit çözünürlükte kullanılmıştır. Silindirin konum bilgisi NI-9215 analog giriş modülü ile 15bit çözünürlükte ölçülmüştür. NI-CRIO 9074 donanımında kontrolör olarak oransal integral kontrol PI tekniği uygulanmıştır. Kontrolör katsayıların bulunmasında deneysel yöntem kullanılarak, üretilen dalgaların gerçek zamanlı olarak ölçüm ve kayıt edilmesinde bir bilgisayar kullanılmıştır. Tüm sistem NI-CRIO 9074 tarafından kontrol edilmektedir ve bilgisayarda LabVIEW tabanlı olarak geliştirilen kullanıcı ara yüz programları ile dalga kanalında düzenli dalga üretimi gerçekleştirilmiştir.

Makale detayları

Generation of regular waves with FPGA based controller in a wave channel

Yazarlar:

Batın Demircan | Sabri Bıçakçı

Yayıncı:

Balıkesir University

Ana Başlıklar:

Kontrol Teorisi ve Uygulamaları

Dergi:

Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi Vol.27 Issue 2, pp.519-536

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

7/2025

Belge Dili:

İngilizce

Document ID (Org No.):

2001343040

pISSN:

1301-7985

Wave channel

Wave maker

FPGA

Hydraulic systemDlga kanalı

Dalga üretici

FPGA

Hidrolik sistem

Sayı

Makale detayları

Yazarlar: Batın Demircan | Sabri Bıçakçı

Yayıncı: Balıkesir University

Ana Başlıklar: Kontrol Teorisi ve Uygulamaları

Dergi: Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi Vol.27 Issue 2, pp.519-536

Belge Tipi: Makale

Yayın Tarihi: 7/2025

Belge Dili: İngilizce

Document ID (Org No.): 2001343040

pISSN: 1301-7985

Sayı

Yazarlar:

Batın Demircan | Sabri Bıçakçı

Yayıncı:

Balıkesir University

Ana Başlıklar:

Kontrol Teorisi ve Uygulamaları

Dergi:

Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi Vol.27 Issue 2, pp.519-536

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

7/2025

Belge Dili:

İngilizce

Document ID (Org No.):

2001343040

pISSN:

1301-7985