垂直方向主动式波浪补偿控制系统设计研究

发布时间：2017-04-07 23:07

  本文关键词：垂直方向主动式波浪补偿控制系统设计研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国海洋工程产业的发展,海洋平台或船舶越来越频繁地进行着海上起吊作业,其作业范围从近海走向深海,甚至超深海,作业的难度也随之增大。船体或海洋平台的晃动、波浪的运动会对海上起吊作业带来很大的影响,甚至导致作业失败。因此,有必要研究波浪补偿技术,提高作业的安全性、平稳性。 本文以海上救生艇起吊作业为应用背景,开展垂直方向主动式波浪补偿控制系统设计研究,提出一种基于波浪趋势判断的主动式波浪补偿控制系统,在现有常见主动式波浪补偿控制系统基础上增加入水(或出水)时机判断及过程控制功能,以进一步提高作业的安全性、平稳性。其大体思路为：采用声学波浪仪与运动参考单元(Motion Reference Unit,以下简称MRU)、张力传感器、转速传感器等组成传感器网络,感受波浪的起伏状况、船舶姿态运动以及救生艇的运动,传感器网络将采集的信息传到控制器,控制器经过分析判断,控制液压执行机构动作收放救生艇,达到波浪补偿的目的。 本文研究了声学波浪仪测量数据的分析和处理算法,研究了船舶垂直方向运动测量与分析技术,分析了垂直方向主动式波浪补偿原理。 本文设计了垂直方向主动式波浪补偿控制系统总体方案,将控制系统分为传感器网络、波浪补偿控制器、液压执行系统三部分,设计了液压执行系统原理图,并对控制系统进行了建模与仿真分析。 本文基于PLC进行了垂直方向主动式波浪补偿控制系统设计,完成了控制系统的硬件组态,并编写了整个控制系统的控制程序。
【关键词】：海上救生艇起吊作业 波浪补偿 控制系统 波浪趋势判断
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U664.82
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究的背景和意义10
• 1.2 波浪补偿技术综述10-12
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内研究现状11-12
• 1.3 船载式波浪测量与分析技术研究12-14
• 1.3.1 船载式波浪测量技术综述12-13
• 1.3.2 雷达测波仪与声学波浪仪的比较13-14
• 1.4 论文的主要研究内容14-15
• 1.5 本章小结15-16
• 第2章 垂直方向主动式波浪补偿控制系统理论研究16-27
• 2.1 声学波浪仪测波原理及数据分析16-20
• 2.1.1 声学波浪仪工作原理16-17
• 2.1.2 海浪观测相关概念解释17-18
• 2.1.3 声学波浪仪测量数据处理与分析18-20
• 2.2 船舶垂直方向运动测量技术原理分析20-23
• 2.2.1 加速度信号时域积分原理20-22
• 2.2.2 加速度信号频域积分原理22-23
• 2.3 垂直方向主动式波浪补偿原理分析23-25
• 2.4 变参数PID控制算法研究25-26
• 2.4.1 PID控制基本原理25-26
• 2.4.2 变参数PID控制26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 垂直方向主动式波浪补偿控制系统总体设计27-35
• 3.1 救生艇收放波浪补偿过程27-28
• 3.2 救生艇收放波浪补偿控制系统主要技术性能指标28-29
• 3.3 垂直方向主动式波浪补偿控制系统框架29-30
• 3.4 波浪补偿液压执行系统方案30-34
• 3.4.1 波浪补偿液压执行系统工作原理30-33
• 3.4.2 波浪补偿液压执行系统工况参数33-34
• 3.5 本章小结34-35
• 第4章 垂直方向主动式波浪控制系统建模与仿真分析35-53
• 4.1 控制系统建模36-40
• 4.1.1 伺服阀控液压马达的数学模型36-38
• 4.1.2 伺服放大器的数学模型38
• 4.1.3 电压阀位转换数学模型38
• 4.1.4 转速传感器数学模型38-39
• 4.1.5 卷筒和钢丝绳的数学模型39
• 4.1.6 船舶升沉运动的数学模型39-40
• 4.1.7 控制系统模型40
• 4.2 基于Simulink的波浪补偿控制系统仿真分析40-50
• 4.2.1 确定系统仿真参数40-43
• 4.2.2 建立系统仿真模型43-44
• 4.2.3 控制系统仿真分析44-50
• 4.3 变参数PID控制50-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第5章 基于PLC的垂直方向主动式波浪补偿控制系统设计53-84
• 5.1 PLC控制系统硬件组态53-55
• 5.2 控制系统软件设计55-82
• 5.2.1 控制系统程序总体结构55-59
• 5.2.2 主循环程序59-60
• 5.2.3 电机启停控制程序60-62
• 5.2.4 串口通讯数据处理程序62-65
• 5.2.5 模拟输入数据处理程序65-67
• 5.2.6 变幅控制程序67
• 5.2.7 模式选择程序67-82
• 5.3 本章小结82-84
• 第6章 总结与展望84-86
• 6.1 总结84-85
• 6.2 展望85-86
• 参考文献86-88
• 攻读学位期间参与的科研项目及取得的学术成果88-89
• 致谢89-90
• 研究生履历90

【参考文献】

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本文编号：291515