海上平台（船舶）用并联运动补偿平台控制策略研究
发布时间：2021-07-17 11:44
随着环境问题与能源危机日趋严重,各国均加强了海洋资源的开发与利用。海上平台（船舶）用运动补偿平台能够有效隔离海洋载荷引起的摇荡运动,对保障平台上仪器设备和工作人员的安全具有非常重要的意义。本文以一种新型三自由度并联机构为原型,对海上平台（船舶）用并联运动补偿系统的控制策略与实现方法开展深入研究。首先,采用数值迭代法建立该新型三自由度并联机构的运动学模型,根据同步驱动的约束条件建立机构速度及加速度的映射模型,通过虚功原理法构建出机构的动力学模型,借助MATLAB编程和ADAMS联合仿真验证所建数学模型的正确性。其次,在深入分析传统伺服系统三环控制原理的基础上,设计出一种基于动力学模型的力矩前馈伺服控制策略,编写出用户自定义伺服算法,采用开放式运动控制器CK3M,基于EtherCAT总线控制技术,实现该算法并验证其有效性,在此基础上深入分析各控制器参数对控制效果的影响,进而优化出适用于并联运动补偿平台的控制器参数。然后,基于双轴倾角传感器和PC搭建了船舶位姿测量系统,采用运动控制器、伺服驱动器和伺服电机搭建了运动控制系统,以新型三自由度机构样机作为运动补偿系统,完成了并联运动补偿平台的搭建...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－３典型的框架式运动补偿平台结构??（ａ）两轴运动补偿平台；（ｂ）三轴运动补偿平台；??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｙｐｉｃａｌ?ｆｒａｍｅ?ｍｏｔｉｏｎ?ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ?ｐｌａｔｆｏｒｍｓ??３??
框架式三轴陀螺稳定平台，理论上能够完全补偿载体的横尧纵摇和艏摇的姿态??变化，从而保持电视摄像头姿态稳定。??角度传感器??ｒ?、、－＼??Ｉ???，???????Ｍ??ｉ??Ｉ???ｔ???Ｉ外坏俯仰随动冋路｜由，?．．?｜内俯仰稳定Ｎ路｜??—１—?＾?ｎ?ｒｉ?介一一电机—￣１??Ｌ??１??Ｉ?ｆｔ?度传感器，ｚ，?—??ｎ??Ｊ?陀螺?ｉ??￣｜内方位＃定冋屈??１?一外环方位随动间路?１－?一?—?—??图１－４两轴四环架工作原理??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｍｕｌｔｉ－ｆｒａｍｅ?ｓｙｓｔｅｍ??除了全框架式的串联稳定平台以外，文献［１７］还分析了如图１－５所示的各种??开环式稳定平台的特点，研究了船舶摇动对三轴雷达系统的影响，并在此基础上??提出了简便可行的控制方案。为了解决船舶大幅升沉运动的问题，美国学者??ＪａｍｅＳ［１８］设计了如图１－６所示的承载能力达７５００吨的深海采矿装置升沉补偿系统，??该系统采用上述双框架式结构以隔离船舶的橫尧纵摇运动，并通过液压缸驱动??’『俯仰轴个、俯仰轴??ｊ??芝位轴?艺位轴??图１－５开环式稳定平台结构??Ｆｉｇｕｒｅ?１－５?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｏｐｅｎ－ｌｏｏｐ?ｓｔａｂｌｅ?ｐｌａｔｆｏｒｍ??４??
第一：ｉ：绪论??双框架式结构沿周定立柱上下移动籴隔离船舶的升沉运动。??－：＾Ｐ￣??图１－６升沉补偿系统??Ｆｉｇｕｒｅ?１－６?Ｈｅａｖｅ?ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ?ｐｌａｔｆｏｒｍ??＿前，串朕运动补偿平台已经产业化，并且广泛应用乎舰船武器、黄达、摄??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）??（ｄ）?（ｅ）??图１－７?ａ外的串联运动＃偿，平＆产品??（ａ）ＷＳＣ－ｒ＿，？襄翁；（ｂ．）愤性龜脆系统（ｃ）两轴．取架着ｆ麵??：（ｄ）猶隹制机枪ＳＴＡＭＰ系统朦＿平台；（ｅ）麵ｆ?３．０系統ｉ??Ｆｉｇｕｒｅ?１－７?Ｓｅｒｉａｌ?ｍｏｔｉｏｎ?ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ?ｐｌａｔｆｏｒｍ?ｐｒｏｄｕｃｔｓ?ａｂｒｏａｄ??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]单十字轴万向节十字轴的运动分析及仿真[J]. 范景峰,李大磊. 机械传动. 2016(03)
[2]基于拟Newton法的并联机构位置正解[J]. 耿明超,赵铁石,王唱,陈宇航,何勇. 机械工程学报. 2015(09)
[3]惯性技术研究现状及发展趋势[J]. 王巍. 自动化学报. 2013(06)
[4]舰载机着舰点垂直运动补偿技术仿真研究[J]. 张永花,周鑫. 系统仿真学报. 2013(04)
[5]巴特沃斯低通滤波器的实现方法研究[J]. 赵晓群,张洁. 大连民族学院学报. 2013(01)
[6]导引头二轴稳定平台的轴角关系和简化[J]. 吴晔,朱晓峰,陈峻山. 制导与引信. 2012(01)
[7]耦合型3自由度并联稳定平台机构及其运动特征[J]. 罗二娟,牟德君,刘晓,赵铁石. 机器人. 2010(05)
[8]球面3-RRR并联机构动力学建模与鲁棒-自适应迭代学习控制[J]. 王跃灵,金振林,李研彪. 机械工程学报. 2010(01)
[9]PID控制原理及参数整定方法[J]. 金奇,邓志杰. 重庆工学院学报(自然科学版). 2008(05)
[10]船舶减摇技术研究进展[J]. 董美华,马汝建,赵东. 济南大学学报(自然科学版). 2008(02)
博士论文
[1]电液驱动3-UPS/S并联稳定平台机构优化及动力学模型研究[D]. 郭菲.燕山大学 2016
[2]六自由度并联波浪补偿系统设计与控制关键技术研究[D]. 胡永攀.国防科学技术大学 2015
[3]并串联光电稳定平台伺服控制系统研究[D]. 王立玲.河北大学 2014
[4]并联6-PUS舰载稳定平台机构学基础理论与实验研究[D]. 刘晓.燕山大学 2014
[5]新型三坐标并联动力头的数控系统开发与研究[D]. 陈闯.天津大学 2013
[6]船舶动力定位系统建模与随机控制研究[D]. 徐荣华.广东工业大学 2011
[7]一种两自由度并联机构优化设计及动力学控制研究[D]. 郝齐.清华大学 2011
[8]波浪运动升沉补偿液压平台关键问题试验研究[D]. 曾智刚.华南理工大学 2010
[9]并联4TPS-1PS型电动稳定跟踪平台的特性及控制研究[D]. 程佳.浙江大学 2008
[10]高性能平面二自由度并联机器人研究[D]. 张耀欣.中国科学技术大学 2007
硕士论文
[1]船用起重机主动式波浪补偿系统关键技术研究[D]. 宁献良.哈尔滨工程大学 2017
[2]基于动力学模型的高速并联机械手控制方法研究[D]. 乔正宇.天津大学 2016
[3]并联四自由度舰载稳定平台特性及控制研究[D]. 苏士如.燕山大学 2014
[4]数字信号的模糊平滑方法[D]. 杨文静.南京理工大学 2009
[5]深海采矿升沉补偿潜式坐标定深度控制研究[D]. 潘嘉强.广东工业大学 2004
[6]模糊控制在深海采矿升沉补偿模拟系统中的应用研究[D]. 肖奇军.广东工业大学 2004
[7]6-DOF并联机器人动力学建模、模糊变结构控制[D]. 杨香兰.燕山大学 2002
[8]6-DOF并联机器人动力学建模、非线性变结构控制[D]. 陈卫东.燕山大学 2000
本文编号：3288113
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－３典型的框架式运动补偿平台结构??（ａ）两轴运动补偿平台；（ｂ）三轴运动补偿平台；??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｙｐｉｃａｌ?ｆｒａｍｅ?ｍｏｔｉｏｎ?ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ?ｐｌａｔｆｏｒｍｓ??３??
框架式三轴陀螺稳定平台，理论上能够完全补偿载体的横尧纵摇和艏摇的姿态??变化，从而保持电视摄像头姿态稳定。??角度传感器??ｒ?、、－＼??Ｉ???，???????Ｍ??ｉ??Ｉ???ｔ???Ｉ外坏俯仰随动冋路｜由，?．．?｜内俯仰稳定Ｎ路｜??—１—?＾?ｎ?ｒｉ?介一一电机—￣１??Ｌ??１??Ｉ?ｆｔ?度传感器，ｚ，?—??ｎ??Ｊ?陀螺?ｉ??￣｜内方位＃定冋屈??１?一外环方位随动间路?１－?一?—?—??图１－４两轴四环架工作原理??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｍｕｌｔｉ－ｆｒａｍｅ?ｓｙｓｔｅｍ??除了全框架式的串联稳定平台以外，文献［１７］还分析了如图１－５所示的各种??开环式稳定平台的特点，研究了船舶摇动对三轴雷达系统的影响，并在此基础上??提出了简便可行的控制方案。为了解决船舶大幅升沉运动的问题，美国学者??ＪａｍｅＳ［１８］设计了如图１－６所示的承载能力达７５００吨的深海采矿装置升沉补偿系统，??该系统采用上述双框架式结构以隔离船舶的橫尧纵摇运动，并通过液压缸驱动??’『俯仰轴个、俯仰轴??ｊ??芝位轴?艺位轴??图１－５开环式稳定平台结构??Ｆｉｇｕｒｅ?１－５?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｏｐｅｎ－ｌｏｏｐ?ｓｔａｂｌｅ?ｐｌａｔｆｏｒｍ??４??
第一：ｉ：绪论??双框架式结构沿周定立柱上下移动籴隔离船舶的升沉运动。??－：＾Ｐ￣??图１－６升沉补偿系统??Ｆｉｇｕｒｅ?１－６?Ｈｅａｖｅ?ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ?ｐｌａｔｆｏｒｍ??＿前，串朕运动补偿平台已经产业化，并且广泛应用乎舰船武器、黄达、摄??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）??（ｄ）?（ｅ）??图１－７?ａ外的串联运动＃偿，平＆产品??（ａ）ＷＳＣ－ｒ＿，？襄翁；（ｂ．）愤性龜脆系统（ｃ）两轴．取架着ｆ麵??：（ｄ）猶隹制机枪ＳＴＡＭＰ系统朦＿平台；（ｅ）麵ｆ?３．０系統ｉ??Ｆｉｇｕｒｅ?１－７?Ｓｅｒｉａｌ?ｍｏｔｉｏｎ?ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ?ｐｌａｔｆｏｒｍ?ｐｒｏｄｕｃｔｓ?ａｂｒｏａｄ??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]单十字轴万向节十字轴的运动分析及仿真[J]. 范景峰,李大磊. 机械传动. 2016(03)
[2]基于拟Newton法的并联机构位置正解[J]. 耿明超,赵铁石,王唱,陈宇航,何勇. 机械工程学报. 2015(09)
[3]惯性技术研究现状及发展趋势[J]. 王巍. 自动化学报. 2013(06)
[4]舰载机着舰点垂直运动补偿技术仿真研究[J]. 张永花,周鑫. 系统仿真学报. 2013(04)
[5]巴特沃斯低通滤波器的实现方法研究[J]. 赵晓群,张洁. 大连民族学院学报. 2013(01)
[6]导引头二轴稳定平台的轴角关系和简化[J]. 吴晔,朱晓峰,陈峻山. 制导与引信. 2012(01)
[7]耦合型3自由度并联稳定平台机构及其运动特征[J]. 罗二娟,牟德君,刘晓,赵铁石. 机器人. 2010(05)
[8]球面3-RRR并联机构动力学建模与鲁棒-自适应迭代学习控制[J]. 王跃灵,金振林,李研彪. 机械工程学报. 2010(01)
[9]PID控制原理及参数整定方法[J]. 金奇,邓志杰. 重庆工学院学报(自然科学版). 2008(05)
[10]船舶减摇技术研究进展[J]. 董美华,马汝建,赵东. 济南大学学报(自然科学版). 2008(02)
博士论文
[1]电液驱动3-UPS/S并联稳定平台机构优化及动力学模型研究[D]. 郭菲.燕山大学 2016
[2]六自由度并联波浪补偿系统设计与控制关键技术研究[D]. 胡永攀.国防科学技术大学 2015
[3]并串联光电稳定平台伺服控制系统研究[D]. 王立玲.河北大学 2014
[4]并联6-PUS舰载稳定平台机构学基础理论与实验研究[D]. 刘晓.燕山大学 2014
[5]新型三坐标并联动力头的数控系统开发与研究[D]. 陈闯.天津大学 2013
[6]船舶动力定位系统建模与随机控制研究[D]. 徐荣华.广东工业大学 2011
[7]一种两自由度并联机构优化设计及动力学控制研究[D]. 郝齐.清华大学 2011
[8]波浪运动升沉补偿液压平台关键问题试验研究[D]. 曾智刚.华南理工大学 2010
[9]并联4TPS-1PS型电动稳定跟踪平台的特性及控制研究[D]. 程佳.浙江大学 2008
[10]高性能平面二自由度并联机器人研究[D]. 张耀欣.中国科学技术大学 2007
硕士论文
[1]船用起重机主动式波浪补偿系统关键技术研究[D]. 宁献良.哈尔滨工程大学 2017
[2]基于动力学模型的高速并联机械手控制方法研究[D]. 乔正宇.天津大学 2016
[3]并联四自由度舰载稳定平台特性及控制研究[D]. 苏士如.燕山大学 2014
[4]数字信号的模糊平滑方法[D]. 杨文静.南京理工大学 2009
[5]深海采矿升沉补偿潜式坐标定深度控制研究[D]. 潘嘉强.广东工业大学 2004
[6]模糊控制在深海采矿升沉补偿模拟系统中的应用研究[D]. 肖奇军.广东工业大学 2004
[7]6-DOF并联机器人动力学建模、模糊变结构控制[D]. 杨香兰.燕山大学 2002
[8]6-DOF并联机器人动力学建模、非线性变结构控制[D]. 陈卫东.燕山大学 2000
本文编号：3288113
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3288113.html
