海上廊桥波浪补偿控制研究
发布时间：2021-10-19 17:43
海上廊桥是一种新型海上换乘装备,相当于一个海上通道,方便人员在船舶与海上建筑物之间换乘。船舶受到海洋环境扰动的影响会产生六个自由度运动,横荡、纵荡和艏摇运动可以通过船舶动力定位系统被抑制,将廊桥基座固定在船舶某一侧舷的中心附近可以减弱船舶纵摇运动对廊桥的影响,通过海上廊桥各机构的协同运动来主动补偿船舶的横摇和升沉运动,才能使廊桥始终保持平稳且末端与海上建筑物保持相对静止,进而实现海上廊桥的波浪补偿。此外,海上廊桥所处的海洋环境及它的负载时常发生变化,而且海上廊桥的各机构均由液压系统驱动,在使用过程中液压油与缸筒内壁摩擦会使系统温度发生变化,进而会使液压油的粘度、弹性模量等发生变化,这将导致海上廊桥各机构数学模型的参数存在不确定性。因此,开展海上廊桥波浪补偿控制研究具有重要的理论意义和实际应用价值。本文首先对船舶的升沉和横摇运动进行预报,并利用两点间距离公式及正余弦定理对海上廊桥进行运动学反解,计算出要实现廊桥的波浪补偿,廊桥的升沉机构、俯仰机构和伸缩机构所需的运动量,再分别建立海上廊桥各机构的数学模型。然后,考虑廊桥各机构数学模型参数具有不确定性且廊桥负载是未知时变的,分别构造扩张状态...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．９?Ｍａｘｃｃｅｓｓ海上廊桥［Ｉ６］??Ｆｉｇ．?１．９?ＭａＸｃｃｅｓｓ?ｏｆｆｓｈｏｒｅ?ｇａｎｇｗａｙ??１?丨‘?？？?？?．?？?＊?ｉ??［１７】
?大连海事大学专业学位硕士学位论文???２海上廊桥运动学反解及海上廊桥各机构数学模型??本章首先对船舶的升沉和横摇运动进行预报；然后利用两点间距离公式及正余弦定??理对海上廊桥进行运动学反解，计算出为了补偿船舶的升沉和横摇运动，使廊桥保持平??稳且末端与海上建筑物保持相对静止时，廊桥升沉机构、俯仰机构和伸缩机构所需的运??动量；再建立海上廊桥各机构的数学模型。??２??＼??－Ｉ?ｉ－???Ｉ??１－基座，２－升沉机构，３－俯仰机构，４－第一节梯架，５－第二节梯架，６－伸缩机构??图２．１海上廊桥结构示意图??Ｆｉｇ．?２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｏｆｆｓｈｏｒｅ?ｇａｎｇｗａｙ??海上廊桥的结构示意图如图２．１所示，廊桥末端即为第二节梯架的末端。海上廊桥??的俯仰机构由两个并联的电液伺服阀控液压缸驱动，活塞杆的一端连接到第一节梯架两??侧下弦上，另一端连接到廊桥的升沉机构上方；伸缩机构由安装在第一节梯架底部的液??压马达驱动，液压马达带动卷筒和钢丝绳来实现第二节梯架的伸缩运动；升沉机构由电??液伺服阀控液压缸驱动，活塞杆的一端连接到俯仰机构下方，另一端连接到基座。??在初始状态下，廊桥梯架与静水面是平行的且梯架与船的侧舷垂直。本文要保证廊??桥可以在六级海况下正常工作，参考文献［２］中的廊桥参数，选取廊桥梯架的初始长度为??２０ｍ，梯架距离基座所在平面的高度为５ｍ，俯仰机构的长度为５．４ｍ，第二节梯架可伸??缩的长度为±５ｍ，升沉机构可升沉的高度为±２ｍ，俯仰机构可俯仰的角度为±１５°。??？?ｉ?；??？?．?Ｉ??－１１?－??
?海上廊桥波浪补偿控制研究???２．１海上廊桥运动学反解??对海上廊桥进行运动学分析包括两种情况［２％?（１）已知升沉机构、俯仰机构和伸??缩机构的运动量，求解廊桥的实际位置；（２）已知廊桥的期望位置，在实际位置发生变??化时，计算出为了使廊桥继续保持在期望位置，升沉机构、俯仰机构和伸缩机构的运动??量。通常情况下，把第（１）种情况称为运动学正解，把第（２）种情况称为运动学反解。??本文是由廊桥各机构的协同运动来补偿由海洋环境扰动引起的船舶的升沉和横摇??运动对它的影响，使廊桥始终保持平稳且末端与海上建筑物保持相对静止，这是在己知??廊桥期望位置的情况下，当实际位置发生变化时，求解廊桥升沉机构、俯仰机构和伸缩??机构所需的运动量，是运动学反解问题。在反解之前首先要对引起廊桥实际位置发生变??化的船舶升沉和横摇运动进行预报，然后再计算出要补偿船舶的升沉和横摇运动，廊桥??的升沉机构、俯仰机构和伸缩机构所需的运动量，进而提前一步对海上廊桥的各机构进??行控制，可以保证在下一时刻到来时，海上廊桥各机构的运动量恰好可以补偿船舶的升??沉和横摇运动。??２．１．１坐标系的建立??为了更好地描述出船舶及海上廊桥始末端的运动，首先建立北东坐标系、静坐标系??和附体坐标系如图２．２所示。??，ｘ？?ａ，?；｜?Ｌ〇??／?＾?－■?＇??Ｏｏｆ?＞Ｙ〇?ａ??、，??图２．２坐标系的建立??Ｆｉｇ．?２．２?Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ?ｏｆ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ??－１２－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于深水半潜式支持平台的登船栈桥波浪补偿系统设计与研究[J]. 李新献,陈懿. 装备制造技术. 2019(11)
[2]大型波浪补偿舷梯运动学建模与仿真[J]. 刘畅,周瑞平,刘轩. 舰船科学技术. 2019(13)
[3]基于电-液混合控制波浪补偿装置的起吊系统仿真研究[J]. 严允,朱迎谷,罗凌波. 控制与信息技术. 2018(03)
[4]基于时间序列分析法的气垫船升沉运动预报[J]. 包佳程,杜佳璐,张金男. 大连海事大学学报. 2017(04)
[5]一种用于登乘栈桥的主动波浪补偿方法[J]. 苏长青,郑文彬,曾悠兵,丁德甫. 船舶与海洋工程. 2017(04)
[6]一类3阶非线性系统的非奇异终端滑模控制[J]. 蒲明,蒋涛,刘鹏. 控制理论与应用. 2017(05)
[7]中国海洋工程科技2035发展战略研究[J]. "中国工程科技2035发展战略研究"海洋领域课题组. 中国工程科学. 2017(01)
[8]侧壁式气垫船升沉运动鲁棒自适应滑模控制[J]. 许大禹,杜佳璐. 大连海事大学学报. 2016(02)
[9]具有输入饱和的电液伺服位置系统自适应动态面控制[J]. 方一鸣,许衍泽,李建雄. 控制理论与应用. 2014(04)
[10]阀控电液位置伺服系统非线性鲁棒控制方法[J]. 汪成文,尚耀星,焦宗夏,韩松杉. 北京航空航天大学学报. 2014(12)
博士论文
[1]船舶动力定位非线性控制研究[D]. 胡鑫.大连海事大学 2018
[2]船舶减摇鳍系统智能控制及其可视化仿真的研究[D]. 李晖.大连海事大学 2003
硕士论文
[1]基于Stewart稳定平台的海上廊桥结构的动态仿真与强度分析[D]. 聂希达.大连海事大学 2019
[2]船舶运动姿态短时高精度预测方法研究[D]. 刘世林.哈尔滨工程大学 2019
[3]具有波浪补偿功能的海上换乘舷梯设计与仿真[D]. 徐佳.哈尔滨工程大学 2018
[4]并联船载稳定平台的研究[D]. 李筱凡.江苏科技大学 2013
[5]船舶横摇运动时间序列的分析、建模与预报研究[D]. 武瑞花.大连海事大学 2008
本文编号：3445329
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．９?Ｍａｘｃｃｅｓｓ海上廊桥［Ｉ６］??Ｆｉｇ．?１．９?ＭａＸｃｃｅｓｓ?ｏｆｆｓｈｏｒｅ?ｇａｎｇｗａｙ??１?丨‘?？？?？?．?？?＊?ｉ??［１７】
?大连海事大学专业学位硕士学位论文???２海上廊桥运动学反解及海上廊桥各机构数学模型??本章首先对船舶的升沉和横摇运动进行预报；然后利用两点间距离公式及正余弦定??理对海上廊桥进行运动学反解，计算出为了补偿船舶的升沉和横摇运动，使廊桥保持平??稳且末端与海上建筑物保持相对静止时，廊桥升沉机构、俯仰机构和伸缩机构所需的运??动量；再建立海上廊桥各机构的数学模型。??２??＼??－Ｉ?ｉ－???Ｉ??１－基座，２－升沉机构，３－俯仰机构，４－第一节梯架，５－第二节梯架，６－伸缩机构??图２．１海上廊桥结构示意图??Ｆｉｇ．?２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｏｆｆｓｈｏｒｅ?ｇａｎｇｗａｙ??海上廊桥的结构示意图如图２．１所示，廊桥末端即为第二节梯架的末端。海上廊桥??的俯仰机构由两个并联的电液伺服阀控液压缸驱动，活塞杆的一端连接到第一节梯架两??侧下弦上，另一端连接到廊桥的升沉机构上方；伸缩机构由安装在第一节梯架底部的液??压马达驱动，液压马达带动卷筒和钢丝绳来实现第二节梯架的伸缩运动；升沉机构由电??液伺服阀控液压缸驱动，活塞杆的一端连接到俯仰机构下方，另一端连接到基座。??在初始状态下，廊桥梯架与静水面是平行的且梯架与船的侧舷垂直。本文要保证廊??桥可以在六级海况下正常工作，参考文献［２］中的廊桥参数，选取廊桥梯架的初始长度为??２０ｍ，梯架距离基座所在平面的高度为５ｍ，俯仰机构的长度为５．４ｍ，第二节梯架可伸??缩的长度为±５ｍ，升沉机构可升沉的高度为±２ｍ，俯仰机构可俯仰的角度为±１５°。??？?ｉ?；??？?．?Ｉ??－１１?－??
?海上廊桥波浪补偿控制研究???２．１海上廊桥运动学反解??对海上廊桥进行运动学分析包括两种情况［２％?（１）已知升沉机构、俯仰机构和伸??缩机构的运动量，求解廊桥的实际位置；（２）已知廊桥的期望位置，在实际位置发生变??化时，计算出为了使廊桥继续保持在期望位置，升沉机构、俯仰机构和伸缩机构的运动??量。通常情况下，把第（１）种情况称为运动学正解，把第（２）种情况称为运动学反解。??本文是由廊桥各机构的协同运动来补偿由海洋环境扰动引起的船舶的升沉和横摇??运动对它的影响，使廊桥始终保持平稳且末端与海上建筑物保持相对静止，这是在己知??廊桥期望位置的情况下，当实际位置发生变化时，求解廊桥升沉机构、俯仰机构和伸缩??机构所需的运动量，是运动学反解问题。在反解之前首先要对引起廊桥实际位置发生变??化的船舶升沉和横摇运动进行预报，然后再计算出要补偿船舶的升沉和横摇运动，廊桥??的升沉机构、俯仰机构和伸缩机构所需的运动量，进而提前一步对海上廊桥的各机构进??行控制，可以保证在下一时刻到来时，海上廊桥各机构的运动量恰好可以补偿船舶的升??沉和横摇运动。??２．１．１坐标系的建立??为了更好地描述出船舶及海上廊桥始末端的运动，首先建立北东坐标系、静坐标系??和附体坐标系如图２．２所示。??，ｘ？?ａ，?；｜?Ｌ〇??／?＾?－■?＇??Ｏｏｆ?＞Ｙ〇?ａ??、，??图２．２坐标系的建立??Ｆｉｇ．?２．２?Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ?ｏｆ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ??－１２－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于深水半潜式支持平台的登船栈桥波浪补偿系统设计与研究[J]. 李新献,陈懿. 装备制造技术. 2019(11)
[2]大型波浪补偿舷梯运动学建模与仿真[J]. 刘畅,周瑞平,刘轩. 舰船科学技术. 2019(13)
[3]基于电-液混合控制波浪补偿装置的起吊系统仿真研究[J]. 严允,朱迎谷,罗凌波. 控制与信息技术. 2018(03)
[4]基于时间序列分析法的气垫船升沉运动预报[J]. 包佳程,杜佳璐,张金男. 大连海事大学学报. 2017(04)
[5]一种用于登乘栈桥的主动波浪补偿方法[J]. 苏长青,郑文彬,曾悠兵,丁德甫. 船舶与海洋工程. 2017(04)
[6]一类3阶非线性系统的非奇异终端滑模控制[J]. 蒲明,蒋涛,刘鹏. 控制理论与应用. 2017(05)
[7]中国海洋工程科技2035发展战略研究[J]. "中国工程科技2035发展战略研究"海洋领域课题组. 中国工程科学. 2017(01)
[8]侧壁式气垫船升沉运动鲁棒自适应滑模控制[J]. 许大禹,杜佳璐. 大连海事大学学报. 2016(02)
[9]具有输入饱和的电液伺服位置系统自适应动态面控制[J]. 方一鸣,许衍泽,李建雄. 控制理论与应用. 2014(04)
[10]阀控电液位置伺服系统非线性鲁棒控制方法[J]. 汪成文,尚耀星,焦宗夏,韩松杉. 北京航空航天大学学报. 2014(12)
博士论文
[1]船舶动力定位非线性控制研究[D]. 胡鑫.大连海事大学 2018
[2]船舶减摇鳍系统智能控制及其可视化仿真的研究[D]. 李晖.大连海事大学 2003
硕士论文
[1]基于Stewart稳定平台的海上廊桥结构的动态仿真与强度分析[D]. 聂希达.大连海事大学 2019
[2]船舶运动姿态短时高精度预测方法研究[D]. 刘世林.哈尔滨工程大学 2019
[3]具有波浪补偿功能的海上换乘舷梯设计与仿真[D]. 徐佳.哈尔滨工程大学 2018
[4]并联船载稳定平台的研究[D]. 李筱凡.江苏科技大学 2013
[5]船舶横摇运动时间序列的分析、建模与预报研究[D]. 武瑞花.大连海事大学 2008
本文编号：3445329
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