二次调节海浪升沉补偿控制技术研究

发布时间：2017-07-26 06:14

  本文关键词：二次调节海浪升沉补偿控制技术研究

  更多相关文章： 海浪升沉补偿 二次元件 变结构PID 负载辨识

【摘要】：随着对海洋资源开发的不断深入,海上作业日益频繁。由于受到海浪的作用,海上船舶在进行物资的过驳补给时,会出现垂直方向上的升沉运动,对海上补给作业带来很大的影响,甚至导致作业失败。因此,有必要研究海浪升沉补偿技术,以提高海上船舶间补给作业的安全性、平稳性。本文以海上船舶间并靠补给作业为应用背景,进行垂直方向的主动式海浪补偿控制技术研究,设计了一种基于二次元件的海浪升沉补偿控制系统,不仅具有一般主动式海浪补偿方式抗干扰能力强、适应性好、补偿精度高、补偿性能稳定等优点,还可以通过在补给系统下放货物时回收利用货物的重力势能改善传统主动补偿方式能源消耗大的问题,使得系统结构更为简单、成本更低。首先,介绍并分析了主动型海浪升沉补偿方式的速度补偿工作原理,建立了二次调节海浪升沉补偿控制系统。然后,针对我国近海三级海况条件,对并靠补给作业系统的二次调节海浪升沉补偿控制进行了性能需求分析,据此对二次元件及液压蓄能器进行了计算选型,讨论了二次调节海浪升沉补偿系统的各组成部分的数学建模,得到了二次调节海浪升沉补偿系统的总体传递函数模型。研究了二次元件内环斜盘角度控制,并根据二次元件本身特性设计了二次调节外环变结构PID速度控制器。采用模型参考自适应算法辨识系统负载,实现了变结构PID控制器的参数进行在线自适应调整。通过仿真研究,验证了变结构PID双闭环控制方法的有效性。针对补给系统的两种工况的海浪补偿效果仿真研究表明,系统能够安全快速的按照设定速度将补给船上的货物补给到被补给船上或是将被补给船上的货物回收到补给船上。最后,进行了二次调节海浪升沉补偿系统的实验平台实物搭建。采用力士乐WIN-PED 6.6软件进行了系统的控制软件和上位机监控界面的开发,结合试验平台进行了实际系统调试,实现了系统各功能模块的数据采集及串口通信功能。
【关键词】：海浪升沉补偿 二次元件 变结构PID 负载辨识
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.8;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 研究背景及意义10
• 1.2 海浪补偿技术分类10-13
• 1.2.1 被动式海浪补偿系统11
• 1.2.2 主动式海浪补偿系统11-12
• 1.2.3 主被动复合补偿系统12-13
• 1.3 国内外研究概况13-15
• 1.3.1 国外研究概况13-14
• 1.3.2 国内研究概况14-15
• 1.4 本文主要工作内容15-18
• 1.4.1 论文研究内容15-17
• 1.4.2 本文章节安排17-18
• 第2章 二次调节海浪升沉补偿系统总体方案18-27
• 2.1 二次调节海浪升沉补偿系统的组成18-19
• 2.2 二次调节海浪升沉补偿方式19-21
• 2.2.1 速度补偿工作原理19-20
• 2.2.2 二次调节速度控制的工作原理20-21
• 2.3 二次元件及蓄能器选型21-26
• 2.3.1 补给系统性能需求分析21-22
• 2.3.2 二次元件选型22-25
• 2.3.3 蓄能器选型25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 二次调节海浪升沉补偿系统的数学模型27-39
• 3.1 二次调节海浪升沉补偿系统的模型结构27-28
• 3.2 伺服阀建模28-30
• 3.3 四通阀控液压缸建模30-34
• 3.3.1 四通阀流量线性化方程31
• 3.3.2 液压缸流量连续方程31-33
• 3.3.3 液压缸力平衡方程33
• 3.3.4 阀控液压缸传递函数33-34
• 3.4 二次元件马达本体建模34-35
• 3.5 卷扬机负载建模35-37
• 3.6 二次调节海浪升沉补偿系统的总体模型37-38
• 3.7 本章小结38-39
• 第4章 二次调节海浪升沉补偿系统的控制方法及仿真39-55
• 4.1 双闭环复合控制器设计及仿真39-45
• 4.1.1 斜盘角度控制内环设计40-42
• 4.1.2 二次调节系统转速控制外环设计42-43
• 4.1.3 变结构PID算法双闭环控制器仿真分析43-45
• 4.2 二次调节海浪升沉补偿系统的负载辨识45-51
• 4.2.1 模型参考自适应原理45-46
• 4.2.2 波波夫超稳定理论介绍46-47
• 4.2.3 模型参考自适应辨识算法设计47-48
• 4.2.4 模型参考自适应辨识算法仿真分析48-51
• 4.3 二次调节海浪升沉补偿系统的仿真分析51-53
• 4.3.1 自适应PID控制器控制效果仿真51-52
• 4.3.2 海浪升沉补偿系统补给工况的仿真分析52-53
• 4.4 小结53-55
• 第5章 二次调节海浪升沉补偿系统平台的搭建与实验55-66
• 5.1 二次调节海浪升沉补偿系统实验平台的搭建55-59
• 5.1.1 二次调节海浪升沉补偿系统的组成55-57
• 5.1.2 二次调节海浪升沉补偿系统的电气连接57-59
• 5.2 二次调节海浪升沉补偿系统软件设计59-64
• 5.2.1 斜盘角度测量59
• 5.2.2 二次元件转速测量59-62
• 5.2.3 上位机监控软件62-64
• 5.3 系统调试64
• 5.4 本章小结64-66
• 总结与展望66-68
• 参考文献68-72
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单72-73
• 致谢73

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本文编号：575032