半潜钻井平台吊机的轨迹规划与控制仿真

发布时间：2017-12-20 05:15

  本文关键词：半潜钻井平台吊机的轨迹规划与控制仿真　出处：《西安石油大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 吊机 轨迹规划 多目标烟花算法 滑模控制 神经网络

【摘要】：半潜平台吊机是钻井自动化处理系统中的重要组成部分。吊机方面的研究目前有待继续推进,而且多是对机构和零件的分析,轨迹规划方面的研究较少。本论文将机器人动力学应用于吊机,并做了以下研究:首先,参考相关文献对吊机进行运动学和动力学建模。在此基础上,先对后两臂同时动作的情况做了三段3-5-3多项式插值的轨迹规划,利用加权系数法将时间和能耗整合到一个目标函数中,应用遗传算法对该优化问题求解。之后,用5次B样条对吊机关节空间关键点进行插值,比较了多项式插值和B样条插值之间的差异。以插值曲线与实际轨迹的误差和花费的计算时间为评价标准,选取了合理的插值点数。对吊机建立了基于时间和能耗的多目标优化问题,并应用新颖的多目标烟花算法。先对烟花算法的两个重要参数对寻优效率的影响做了研究,得出了最好的参数组合。之后,对该优化问题进行寻优计算,经计算得到了较为理想的运动轨迹。其次,对滑模控制和主流的PID控制进行了对比,将滑模控制率应用于吊机的控制中。考虑到吊机建模过程中的近似,用RBF神经网络逼近吊机系统中的非线性部分,并用模糊滑模切换项代替固定值的切换项,用以消除系统中存在的抖振,仿真的结果表明所设计的控制率是合理且有效的。最后,考虑到半潜平台工作的地点是海况复杂的海面,文中将此种情况下的模型做了简化,将平台视为一个带有有阻尼和弹簧的平动关节,吊机依旧是三个转动关节,据此建立动力学模型。对在海浪影响下的吊机的动力学响应做了仿真,研究了不同幅值和周期的海浪对工具端跟踪误差的影响。
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE951

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