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【摘要】在电子信息发展迅速的现在，我国对于电力的需求越来越大，在我国电力需求的强烈拉动下，水力发电已经成为我国电力提供的重要技术，其中水轮机及辅机是重要的水电设备，是水力发电行业必不可少的组成部分。在水力发电站中，水轮机的设计及系统调节主要依赖于水轮机的模型综合特性曲线，而这些综合特性曲线大多以图形的形式表现出来，绘制图形需要记录一些数据后进行图形绘制，数据的录入以人工读取数据后录入计算机，此方法工作繁琐，工作量多，数据采集误差大。本研究利用计算机快速准确的特性进行采集，适应个性化需求高、刷新频率快的特性曲线的快速处理，同时，计算机进行数据采集也适合其他图形的绘制。
【关键词】数据采集；特性曲线；计算机采样
计算机测试系统由硬件和软件两部分组成。软件部分以硬件部分为基础，硬件部分要根据软件部分的要求进行适当的调整和改善。计算机辅助技术（CAT）作为一门综合性技术，在水轮机的内部模拟中应用广泛，但水轮机内部系统并不是简单的原件，所以暂时没有准确且有效的数学方法进行分析并进行描述。所以对于水轮机的能量特性仍然需要通过模拟实验进行确定，这种方法也是水轮机设计的依據。水轮机的特性曲线一般通过模型特性曲线上的数据采集，然后进行模拟，再通过当前的实际情况进行适当调整最终得出。
1.计算机辅助技术对于特性图数据的采集
使用计算机辅助技术进行水轮机模型综合特性曲线的数据采集需要将原有图形进行扫描，同时将扫描的图形以图形文件的格式保存在计算机里。但是由于扫描录入，扫描的图形坐标会与水轮机的参数坐标不一致，所以计算出两个做标间的对应关系并进行相应的换算，使两个图形坐标一致，而这个环节是利用计算机辅助作用进行数据采集的重要环节之一。由于扫描图形坐标与水轮机参数坐标不一致，必须对两种坐标分别取相同条件下的几个点后进行一系列换算，从而得出两个坐标之间的对应关系，并根据得出的对应关系，对整体的图形坐标进行换算。
2.计算机辅助技术对于数据采集速度的提高
水轮机在实际运行及模拟仿真运行时，其所有被测参数都是随着不同时刻情况的变化而变化的，变化的幅度不是一个等值的变化过程，而是一个幅度不同的变化过程。为了使数据采集系统的准确度提高，必须提高数据的采集速度，使其测量值尽可能的接近运行下的情况。对于优秀的数据采集软件来说，不应具有局限性，而是可以同时满足多种情况的图形数据采集，并且具备速度快，准确性高等优质特性。
3.水轮机综合特性曲线的模拟
由于水轮机具有不同类型，水轮机在选定不同类型时，数据采集软件对于采集到的水轮机综合特性曲线数据也需要一定的数值进行模拟并给与一定的描述。而对于水轮机数据的数值模拟和描述，通常使用的方法（最小二乘法等）对于大多数单调曲线的描述已经足够用，但是这种方法对于封闭式曲线没有效果。所以对于封闭式曲线的数据模拟和描述，大多采用分段式模拟的方法，但是这种方法比较繁琐，所以并不常用。
用这种方法对于水轮机模拟特性曲线的模拟时由于出现效率大于最优效率的错误（图形表示为曲线拱高过大），再者，水轮机综合特性曲线模拟的正确性不仅取决于过型值点的逼近性，而且还取决于所取该节点的疏密程度。由于上述原因，为此我们采用三次序号参变量样条磨光法[1]。三次序号参变量样条磨光法不仅具有非常高的型值点逼进性，而且具有保凸性，保尖性，而且对于大间距型值点节点也十分合适。在对于水轮机综合特性曲线的模拟采样中，为了确定模拟情况的准确性，于是在设计的数据采集软件中设置了被采集水轮机综合特性曲线上绘制出经过模拟后的曲线，使两条综合特征曲线在一个坐标内表现出来，工作人员可以直接进行比对通过鼠标的单击用来确定工作人员对于模拟出来的特征曲线的准确性是否满意。如果得出的结果并不理想，可以通过计算机重新对节点进行选取，并将节点数选择直到满足所要求的情况为止。这种方法可以保证节点选取的合理性，同时也可以减少工作人员为达到准确的模拟而进行的反复采集数据的次数，可以大大减轻工作人员的工作量，并大大的提高准确性。除此之外，为了减少达到准确拟合的反复采集数据的次数，节点一般选择近似等距的办法，但是在变化情况剧烈的曲线线段中，其间距可以选择稠密一些，而在变化情况比较稳定的曲线线段中，其间距可以选择稀疏一些。
4.水轮机综合特性曲线对于任意工况的特性参数确定
通过上面叙述的方法，学者们可以模拟出水轮机综合特性曲线图中的各条等值曲线，其中包括等效率线，等开度线和等汽蚀线等。而对于图中任意一点的特性参数也可以通过模拟单位流量线或者单位转速线所交的各个等值曲线的交点的变化关系后确定[2]。然而此种方法对于最大等效率曲线内的工况点效率则会出现最大效率大于最优工况点效率或者是出现在最优工况点处的效率并不是最优效率等错误的情况。我们虽然可以采用以最优工况点为中心，并用最优工况点与各条等值特性曲线的节点构成一个极坐标并以此进行相应的数据处理，但是这种方法非常繁琐，并且得到的结果误差也会比较大。所以我们为了获得最优效率可以采用所得最大等效率曲线内的工况点并配合如下方法获得准确值。将最优工况点和计算点尸的直线相连接，并使其相交于最大等效率曲线上的相邻接点的直线与一个点，该点命名为K点，并以K点引出一条水平线，使水平线与该等效率曲线相交于一点，该点命名为H，再以H点引出一条垂线与UP直线相交在2点，通过2点再引出一条水平线，该水平线与该等效率线相交于3点，然后过3点引出一条垂线再与UP直线相交与4点。所得4点就是尸直线交最大等效率曲线的近似交点，然后将4点作为新的K点继续重复上面的步骤，进行求解，反复几次即可获得比较准确的交点。这种方法相对于其他几种方法比较简单，准确性较高，对于计算机来说也不是很复杂。
5.水轮机综合特性曲线的生成
在选定水轮机型号并且对于水轮机模型特性曲线在数值上进行模拟后，就可以通过软件将图形生成，在效率交工作特征曲线的一系列交点被确定后，我们可以通过软件，即可得到我们需要的图形。
结束语
本研究通过计算机的鼠标点击自动的获得水轮机特性参数[3]，并且可以方便的生成准确度高，可靠性高的水轮机综合特性曲线，这种方法和之前的人工读取数据然后人工输入电脑中进行储存相比较，不仅减轻了工作人员的工作量，同时也提高了数据的准确和速度，满足了现代社会为了适应不同的情况，追求更高的效率的基本要求，除此之外，本文所研究的图形数据采集方法及图形的绘制，除了适应水轮机综合特性曲线图的绘制之外，对于其他的图形绘制数据采集也是通用的。所以这种方法的兼容性广泛，应用的前景市场也十分广泛。
参考文献
[1]唐岳颧，杨建东.Fortran和MATLAB的混合编程在水轮机特性曲线处理中的应用[J].武汉大学学报，2004，35（2）：45一49.
[2]陈文毅.泵特性曲线的拟合方法[J].舰船科学技术，66一69.
[3]沈祖贻，田树棠，支培法.水力机械优化设计和计算机辅助分析IM].南京：河海大学出版社，19.
【关键词】数据采集；特性曲线；计算机采样
计算机测试系统由硬件和软件两部分组成。软件部分以硬件部分为基础，硬件部分要根据软件部分的要求进行适当的调整和改善。计算机辅助技术（CAT）作为一门综合性技术，在水轮机的内部模拟中应用广泛，但水轮机内部系统并不是简单的原件，所以暂时没有准确且有效的数学方法进行分析并进行描述。所以对于水轮机的能量特性仍然需要通过模拟实验进行确定，这种方法也是水轮机设计的依據。水轮机的特性曲线一般通过模型特性曲线上的数据采集，然后进行模拟，再通过当前的实际情况进行适当调整最终得出。
1.计算机辅助技术对于特性图数据的采集
使用计算机辅助技术进行水轮机模型综合特性曲线的数据采集需要将原有图形进行扫描，同时将扫描的图形以图形文件的格式保存在计算机里。但是由于扫描录入，扫描的图形坐标会与水轮机的参数坐标不一致，所以计算出两个做标间的对应关系并进行相应的换算，使两个图形坐标一致，而这个环节是利用计算机辅助作用进行数据采集的重要环节之一。由于扫描图形坐标与水轮机参数坐标不一致，必须对两种坐标分别取相同条件下的几个点后进行一系列换算，从而得出两个坐标之间的对应关系，并根据得出的对应关系，对整体的图形坐标进行换算。
2.计算机辅助技术对于数据采集速度的提高
水轮机在实际运行及模拟仿真运行时，其所有被测参数都是随着不同时刻情况的变化而变化的，变化的幅度不是一个等值的变化过程，而是一个幅度不同的变化过程。为了使数据采集系统的准确度提高，必须提高数据的采集速度，使其测量值尽可能的接近运行下的情况。对于优秀的数据采集软件来说，不应具有局限性，而是可以同时满足多种情况的图形数据采集，并且具备速度快，准确性高等优质特性。
3.水轮机综合特性曲线的模拟
由于水轮机具有不同类型，水轮机在选定不同类型时，数据采集软件对于采集到的水轮机综合特性曲线数据也需要一定的数值进行模拟并给与一定的描述。而对于水轮机数据的数值模拟和描述，通常使用的方法（最小二乘法等）对于大多数单调曲线的描述已经足够用，但是这种方法对于封闭式曲线没有效果。所以对于封闭式曲线的数据模拟和描述，大多采用分段式模拟的方法，但是这种方法比较繁琐，所以并不常用。
用这种方法对于水轮机模拟特性曲线的模拟时由于出现效率大于最优效率的错误（图形表示为曲线拱高过大），再者，水轮机综合特性曲线模拟的正确性不仅取决于过型值点的逼近性，而且还取决于所取该节点的疏密程度。由于上述原因，为此我们采用三次序号参变量样条磨光法[1]。三次序号参变量样条磨光法不仅具有非常高的型值点逼进性，而且具有保凸性，保尖性，而且对于大间距型值点节点也十分合适。在对于水轮机综合特性曲线的模拟采样中，为了确定模拟情况的准确性，于是在设计的数据采集软件中设置了被采集水轮机综合特性曲线上绘制出经过模拟后的曲线，使两条综合特征曲线在一个坐标内表现出来，工作人员可以直接进行比对通过鼠标的单击用来确定工作人员对于模拟出来的特征曲线的准确性是否满意。如果得出的结果并不理想，可以通过计算机重新对节点进行选取，并将节点数选择直到满足所要求的情况为止。这种方法可以保证节点选取的合理性，同时也可以减少工作人员为达到准确的模拟而进行的反复采集数据的次数，可以大大减轻工作人员的工作量，并大大的提高准确性。除此之外，为了减少达到准确拟合的反复采集数据的次数，节点一般选择近似等距的办法，但是在变化情况剧烈的曲线线段中，其间距可以选择稠密一些，而在变化情况比较稳定的曲线线段中，其间距可以选择稀疏一些。
4.水轮机综合特性曲线对于任意工况的特性参数确定
通过上面叙述的方法，学者们可以模拟出水轮机综合特性曲线图中的各条等值曲线，其中包括等效率线，等开度线和等汽蚀线等。而对于图中任意一点的特性参数也可以通过模拟单位流量线或者单位转速线所交的各个等值曲线的交点的变化关系后确定[2]。然而此种方法对于最大等效率曲线内的工况点效率则会出现最大效率大于最优工况点效率或者是出现在最优工况点处的效率并不是最优效率等错误的情况。我们虽然可以采用以最优工况点为中心，并用最优工况点与各条等值特性曲线的节点构成一个极坐标并以此进行相应的数据处理，但是这种方法非常繁琐，并且得到的结果误差也会比较大。所以我们为了获得最优效率可以采用所得最大等效率曲线内的工况点并配合如下方法获得准确值。将最优工况点和计算点尸的直线相连接，并使其相交于最大等效率曲线上的相邻接点的直线与一个点，该点命名为K点，并以K点引出一条水平线，使水平线与该等效率曲线相交于一点，该点命名为H，再以H点引出一条垂线与UP直线相交在2点，通过2点再引出一条水平线，该水平线与该等效率线相交于3点，然后过3点引出一条垂线再与UP直线相交与4点。所得4点就是尸直线交最大等效率曲线的近似交点，然后将4点作为新的K点继续重复上面的步骤，进行求解，反复几次即可获得比较准确的交点。这种方法相对于其他几种方法比较简单，准确性较高，对于计算机来说也不是很复杂。
5.水轮机综合特性曲线的生成
在选定水轮机型号并且对于水轮机模型特性曲线在数值上进行模拟后，就可以通过软件将图形生成，在效率交工作特征曲线的一系列交点被确定后，我们可以通过软件，即可得到我们需要的图形。
结束语
本研究通过计算机的鼠标点击自动的获得水轮机特性参数[3]，并且可以方便的生成准确度高，可靠性高的水轮机综合特性曲线，这种方法和之前的人工读取数据然后人工输入电脑中进行储存相比较，不仅减轻了工作人员的工作量，同时也提高了数据的准确和速度，满足了现代社会为了适应不同的情况，追求更高的效率的基本要求，除此之外，本文所研究的图形数据采集方法及图形的绘制，除了适应水轮机综合特性曲线图的绘制之外，对于其他的图形绘制数据采集也是通用的。所以这种方法的兼容性广泛，应用的前景市场也十分广泛。
参考文献
[1]唐岳颧，杨建东.Fortran和MATLAB的混合编程在水轮机特性曲线处理中的应用[J].武汉大学学报，2004，35（2）：45一49.
[2]陈文毅.泵特性曲线的拟合方法[J].舰船科学技术，66一69.
[3]沈祖贻，田树棠，支培法.水力机械优化设计和计算机辅助分析IM].南京：河海大学出版社，19.