船舶控制系统故障模拟及诊断装备的研究

发布时间：2017-08-23 04:38

  本文关键词：船舶控制系统故障模拟及诊断装备的研究

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【摘要】：海洋与国家的安全和发展息息相关,各国竞相发展各类型舰船。近年来,远洋船舶大型化、节能化和高环保已成为发展趋势。为了提高船舶运营的经济效益,必须提高船舶控制系统的有效性、安全可靠性和稳定性。对船舶的控制系统的要求是船体能够不受外界环境的干扰保持运行在一定的速度和正确的路线,传统的检测和切除故障方法难以实现快速准确的效果,由此容错控制技术成为船舶控制领域的研究热点。目前国内研究机构对船舶控制系统的研究主要集中在容错控制方法上,没有故障注入平台的支持。因此本文在对船舶控制技术需求分析的基础上,提出了一套为船舶容错控制技术研究提供支持的故障模拟及诊断装备软硬件实现方案,主要工作如下:(1)通过分析软件实现的故障注入方法、基于模拟的故障注入方法和基于物理的故障注入方法这三种故障注入方法的优缺点,并结合船舶控制系统实际运行可能出现的故障类型,本文故障注入选用基于物理的故障注入方法,并采用硬件实现。针对传统故障电路接入的繁琐和断电接线消耗时间等缺点,本文介绍了耳塞式连接器的工作原理,并提出基于耳塞式连接器的实时故障注入方法。此方法将多种类型故障的产生电路规范化为统一机箱,并形成故障注入装置。在需要注入故障时使用支持热插拔的耳塞式插头连接机箱,提高了系统的灵活性与可靠性。(2)设计了船舶控制系统模拟故障的具体硬件电路实现方案,故障主要包括用来模拟电磁干扰串入电压信号传输过程的电压型模拟故障、用来模拟电磁干扰串入电流信号传输过程的电流型模拟故障、用来模拟信号传输过程中通信线路出现各种通信故障的阻抗型模拟故障和用来模拟系统开关误动作的开关量模拟故障。并对这四种故障电路进行了实验验证,实验结果证明故障注入电路的有效性和正确性。(3)设计了基于Delphi的故障设置计算机系统,给出了故障设置主程序以及通道搜索、故障注入、恢复正常、装载记录四大功能实现的程序流程图。设计了基于DSP+FPGA控制器的故障注入系统,给出了主控制器DSP的详细程序流程图。两者共同组成故障设置及注入系统的软件方案。(4)本地控制装置是船舶控制系统故障模拟及诊断的重要组成部分,本文对其基本原理进行了阐述,针对船舶阀控操舵系统提出了一种模糊递推积分PI控制方法,它结合了模糊控制技术和递推积分PI控制技术的优点,实验结果表明此控制方法可以实现船舶闭环控制系统的无差跟踪。针对船舶运行环境采集到的信号可能存在的干扰,提出了一种适合用于船舶控制系统的改进数字滤波方法,实验结果表明此滤波方法可以达到理想的滤波效果。(5)对本地控制单元的硬件和软件进行了设计。硬件采用CPCI板卡和CPCI工控机来实现数据采集、控制执行、通信、显示等功能;软件采用Delphi进行设计,给出了数据采集、控制执行、通信、显示功能的程序流程图。本文针对船舶控制系统研制出的故障模拟及诊断装备,可实时模拟船舶运行在真实环境下可能发生的各类故障。将本地控制单元采集到的真实数据接入故障设置及注入装置实现信号叠加,再将叠加故障后的信号送至容错计算机进行容错运算,本地控制单元接收容错计算机的控制指令完成对泵控、阀控等系统的闭环控制。因此,本文提出的故障模拟及诊断装备对提高船舶安全稳定运行具有重要意义。
【关键词】：船舶控制系统 故障模拟 故障注入 本地控制 模糊递推积分PI控制 数字滤波
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U672
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-16
• 1.1 研究背景及意义12
• 1.2 故障注入技术12-13
• 1.3 容错控制技术13-14
• 1.4 论文主要内容和结构安排14-16
• 第2章 故障注入技术的研究16-22
• 2.1 故障注入原理16-17
• 2.2 故障注入方法17
• 2.3 船舶控制系统故障注入设计17-21
• 2.3.1 电压型模拟故障19-20
• 2.3.2 电流型模拟故障20
• 2.3.3 开关量模拟故障20-21
• 2.3.4 阻抗型模拟故障21
• 2.4 本章小结21-22
• 第3章 故障设置及注入装置硬件设计22-43
• 3.1 故障注入机箱设计22-24
• 3.2 基于以太网通信的故障设置硬件设计24-26
• 3.3 电压型模拟故障注入电路设计26-30
• 3.3.1 电压型模拟故障注入控制板硬件电路设计26-27
• 3.3.2 电压型模拟故障注入执行板硬件电路设计27-29
• 3.3.3 电压型模拟故障注入实验结果29-30
• 3.4 电流型模拟故障注入电路设计30-34
• 3.4.1 电流型模拟故障注入控制板硬件电路设计30-32
• 3.4.2 电流型模拟故障注入执行板硬件电路设计32
• 3.4.3 电流型模拟故障注入实验结果32-34
• 3.5 阻抗型模拟故障注入电路设计34-37
• 3.5.1 阻抗型模拟故障注入控制板硬件电路设计34-35
• 3.5.2 阻抗型模拟故障注入执行板硬件电路设计35-36
• 3.5.3 阻抗型模拟故障注入实验结果36-37
• 3.6 开关量故障注入电路设计37-41
• 3.6.1 开关量故障注入控制板硬件电路设计37
• 3.6.2 开关量故障注入执行板硬件电路设计37-38
• 3.6.3 开关量模拟故障注入实验结果38-41
• 3.7 本章小结41-43
• 第4章 故障设置及注入装置软件设计43-56
• 4.1 故障设置计算机系统整体架构43-45
• 4.2 基于Delphi的故障设置计算机软件45-52
• 4.2.1 通道搜索功能46-48
• 4.2.2 故障注入功能48-49
• 4.2.3 恢复正常功能49-50
• 4.2.4 装载记录功能50-51
• 4.2.5 IP地址查询与修改功能51-52
• 4.2.6 帮助功能52
• 4.3 基于DSP+FPGA控制器的故障注入系统52-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第5章 船舶控制系统故障模拟及诊断装备的研制56-76
• 5.1 本地控制装置的原理57
• 5.2 船舶系统的控制策略57-63
• 5.2.1 阀控系统结构57-58
• 5.2.2 模糊递推积分PI控制方法58-61
• 5.2.3 阀控系统稳定性分析61-63
• 5.3 舵舶控制系统数字滤波方法63-67
• 5.3.1 算术平均值滤波64-65
• 5.3.2 加权平均值滤波65
• 5.3.3 滑动平均值滤波65-66
• 5.3.4 防脉冲干扰平均滤波66
• 5.3.5 改进后的数字滤波方法66-67
• 5.4 本地控制单元硬件设计67-69
• 5.5 本地控制单元系统软件的总体设计69-75
• 5.5.1 系统总体流程69-70
• 5.5.2 系统构架70-71
• 5.5.3 基于Delphi的本地控制单元软件设计71-75
• 5.6 本章小结75-76
• 结论76-78
• 参考文献78-82
• 附录A 攻读学位期间取得的研究成果82-83
• 致谢83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈冬英;宋东;陈杰;;航空电子全双工交换式以太网故障注入方法研究[J];测控技术;2015年01期

2 朱石坚;;舰船装备综合保障工程管理研究[J];中国工程科学;2015年01期

3 张勇;甄国涌;王丽莉;任勇峰;;基于W5300的以太网数据传输硬件设计及优化[J];化工自动化及仪表;2011年08期

4 富弘毅;杨学军;;大规模并行计算机系统硬件故障容错技术综述[J];计算机工程与科学;2010年10期

5 穆瑞琦;王丹;范红梅;;基于故障注入的CBTC车载测试技术研究[J];铁道通信信号;2010年08期

6 程相勤;曲镜圆;严浙平;边信黔;;水下无人潜航器航向H_∞鲁棒容错控制器设计(英文)[J];Journal of Marine Science and Application;2010年01期

7 王少克;;基于W5300的高速硬件以太网解决方案[J];电子设计应用;2009年04期

8 石君友;李郑;刘骝;田仲;;自动控制故障注入设备的设计与实现[J];航空学报;2007年03期

9 黄永飞;彭欣洁;;常用电路的故障注入方法[J];航空兵器;2007年02期

10 黄海林;唐志敏;许彤;;龙芯1号处理器的故障注入方法与软错误敏感性分析[J];计算机研究与发展;2006年10期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 李高云;大型船舶航向/航迹智能容错控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 李爱国;分布式软件故障注入及软件脆弱点检测方法研究[D];哈尔滨工业大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 吴杰;基于VHDL的故障注入工具的研究与实现[D];哈尔滨工业大学;2013年

2 徐欣慰;船舶系统在线式多类故障注入控制平台的研制[D];湖南大学;2013年

3 毛文娟;船舶电力推进系统故障诊断技术研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

4 张洋;铁路信号系统安全关键软件故障注入技术研究[D];北京交通大学;2011年

5 杨扬;基于故障注入的CBTC系统测试的研究与实现[D];北京交通大学;2009年

6 石晶;分布式系统的故障注入方法研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

7 徐晓露;基于故障注入的嵌入式系统测试研究[D];浙江大学;2008年

8 张东辉;基于delphi的网络考核系统设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2008年

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本文编号：723022