基于二次调节的旋转型主动升沉补偿电液控制系统研究

论文摘要

随着人类探索海洋的脚步加快,海洋工程装备的需求量日益增加、性能要求也日趋提高。升沉补偿系统作为一种海上作业中不可缺少的装备,在海上油气开采、深海探测、海上物资运输中都起着非常重要的作用。相对于发达国家,我国升沉补偿技术研究起步较晚,目前水平也较为落后,亟待专家学者投入研究。本文基于补偿精度、补偿行程、系统体积和能耗等方面的综合考虑,选取旋转式绞车升沉补偿电液系统作为研究对象。根据船舶起重机的负载特性和功能需求,设计一种双闭环升沉补偿电液控制系统,采用原理设计、理论建模、仿真分析相结合的方法进行研究,主要内容如下:首先,分别介绍了升沉补偿和二次调节技术的研究背景,综述了国内外近十年的研究现状。阐述了课题研究目的,分析了课题研究意义,并提出了主要研究内容。其次,阐述了二次调节技术的原理,研究了二次元件四象限工作原理、机械特性,采用机械特性曲线与排量转速曲线相结合的方式研究了重力负载下元件的静态调速特性,明确了二次元件斜盘倾角方向不变即可实现马达/泵工况切换,并进行了仿真验证,分析了二次调节的参数控制原理。然后,分析了船舶运动和升沉补偿原理,并设计了基于二次调节的绞车主动升沉补偿系统,根据工况需求进行了选型计算,建立了系统数学模型,得到了系统传递函数,并通过绘制Bode图,验证了系统的稳定性。最后,分别建立了双闭环PID控制和自抗扰-PID控制数学模型,并在AMESim-Simulink联合仿真平台上搭建基于二次调节绞车主动升沉补偿位置控制系统模型,仿真分析双闭环PID控制和自抗扰-PID控制的阶跃响应和正弦跟踪性能以及相关参数的影响。采用波浪谱激励下母船运动响应作为输入,仿真分析了的二次调节绞车升沉补偿系统实际工作补偿率。结果表明,自抗扰-PID控制器的升沉补偿控制性能优于双闭环PID控制,这对工程实际中二次调节绞车升沉补偿系统的控制策略选取具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 升沉补偿装置研究现状
•     1.2.1 升沉补偿原理
•     1.2.2 升沉补偿系统分类
•     1.2.3 国外研究现状
•     1.2.4 国内研究现状
•   1.3 二次调节技术研究现状
•     1.3.1 国外研究现状
•     1.3.2 国内研究现状
•   1.4 课题研究的目的和意义
•   1.5 课题研究内容
• 第2章 二次调节系统原理、调速特性和参数控制
•   2.1 二次调节原理及二次元件的结构
•     2.1.1 二次调节系统组成
•     2.1.2 二次元件结构
•     2.1.3 二次元件四象限工作原理
•   2.2 二次调节系统调速特性
•     2.2.1 二次元件的机械特性
•     2.2.2 重力负载下二次元件静态调速特性分析
•   2.3 二次调节绞车升沉补偿系统的参数控制
•   2.4 本章小结
• 第3章 基于二次调节技术的升沉补偿系统设计与建模
•   3.1 基于二次调节技术升沉补偿系统的组成
•   3.2 升沉补偿系统设计选型
•     3.2.1 工况及负载分析
•     3.2.2 二次元件选型
•     3.2.3 二次元件伺服比例阀选型
•     3.2.4 蓄能器选型
•   3.3 升沉补偿系统数学建模
•     3.3.1 二次元件变量机构伺服模型
•     3.3.2 二次元件数学模型
•     3.3.3 伺服放大器和位移传感器数学模型
•     3.3.4 系统传递函数
•   3.4 系统稳定性分析
•   3.5 本章小结
• 第4章 二次调节主动式升沉补偿系统控制方法研究
•   4.1 PID原理
•   4.2 基于经典PID控制的升沉补偿控制系统设计研究
•     4.2.1 双闭环位置控制器设计
•     4.2.2 PID参数整定
•   4.3 自抗扰控制原理
•   4.4 基于自抗扰控制的升沉补偿控制系统设计研究
•     4.4.1 自抗扰负载位置控制外环设计
•     4.4.2 自抗扰参数整定
•   4.5 本章小结
• 第5章 二次调节主动式升沉补偿系统控制的联合仿真
•   5.1 仿真环境介绍及仿真模型搭建
•     5.1.1 AMESim软件简介
•     5.1.2 基于二次调节技术的升沉补偿装置仿真模型
•   5.2 双闭环PID位置控制系统控制性能的评价
•     5.2.1 双闭环PID控制系统响应
•     5.2.2 双闭环PID控制影响因素分析
•   5.3 自抗扰控制系统控制性能的评价
•     5.3.1 自抗扰控制系统响应
•     5.3.2 自抗扰控制影响因素分析
•   5.4 自抗扰-PID控制与PID控制效果的对比分析
•     5.4.1 自抗扰-PID控制与双PID控制的阶跃响应
•     5.4.2 自抗扰-PID控制与双PID控制的正弦跟踪
•     5.4.3 自抗扰-PID控制与双PID控制在波浪输入下的跟踪
•   5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘婧文

导师: 刘延俊,李世振

关键词: 升沉补偿,绞车,二次调节,自抗扰控制

来源: 山东大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 山东大学

基金: 国家自然科学基金青年基金项目“具有行程约束和较大时滞的深海重型拖曳主被动升沉补偿器位移,张力复合控制”,山东省自然科学基金青年基金项目“带有时滞的重型拖曳主被动升沉补偿器主动海况顺应性预测控制研究”,山东省重点研发计划项目“深海重型主被动升沉补偿器位移,张力电液复合控制机理研究”

分类号: P742

总页数: 102

文件大小: 7688K

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