深海提升机波浪补偿电液控制系统研究

论文摘要

随着经济和科学技术的发展,人类对资源的需求日益增长,全球使用的90%能源取自化石燃料,而陆地资源的数量有限,在不久的将来将会逐渐无法满足人类的生产需求。地球71%的面积被海洋覆盖,蕴藏海底的资源已成为世界各国能源开发的重点对象,是人类可持续发展的重要财富。海洋运输具有运量大、成本低、适合长距离大宗货物运输等优点。而无论是对海洋资源的开采,还是对于海上运输,吊装设备都是必不可少的,它被广泛应用于海洋平台或船舶上,用于海洋设备的海上吊装或海上运输货物在港口的装卸等。然而与陆上工况不同的是,受到海上风浪的影响,进行海上作业的吊装设备及船舶会随风浪起伏,导致所吊放的货物极易撞击甲板,严重时甚至毁坏货物和造成人员伤亡,导致巨大的经济损失。因此,如何补偿由于波浪引起的起伏,以保证吊放货物时的平稳安全,对海洋资源的开发利用具有非常重要的意义。本论文以深海提升机为研究对象,设计了一套模拟试验系统对深海提升设备的波浪位置干扰补偿控制问题进行研究。首先本文在吸收国内外相关试验台搭建经验及建造方法的基础上,结合研究需求,设计了具有波浪模拟及补偿提升功能的试验台,并对其液压系统及控制系统进行了详细地设计及选型。其次,针对波浪的运动模拟控制问题,根据试验台的结构组成对其进行运动学分析,使系统可以完成各自由度的独立控制。在此基础上对建立了波浪补偿装置液压系统数学模型,并通过构建仿真模型对系统建模进行验证,并对系统的动态特性进行分析。为了提高波浪补偿控制的精度,消除由波浪带来的外界干扰,根据建立的系统模型对系统的反步控制器进行设计,并在此基础上采用干扰观测器及参数自适应的方法对控制器进行改进。将两种控制器进行仿真试验,验证非线性控制器在波浪位移补偿控制系统下的控制效果。最后,对所设计的试验台进行搭建,并对控制系统软件进行详细地设计,对所设计的波浪补偿控制器进行实验验证。分别对比与传统控制器及所设计的反步控制器和基于干扰观测器的自适应控制器在波浪的位置补偿中的控制效果,最后对输出信号的跟踪精度进行比较,从而验证提出的波浪补偿控制策略的有效性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• abstract
• 变量注释表
• 1 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 波浪补偿技术简述
•   1.3 波浪补偿技术发展现状
•   1.4 主要研究内容
•   1.5 技术路线和总体框架
•   1.6 本章小结
• 2 波浪补偿试验系统设计
•   2.1 波浪补偿试验系统总体方案
•   2.2 波浪补偿试验系统机械结构设计
•   2.3 液压系统设计
•   2.4 控制系统设计
•   2.5 本章小结
• 3 波浪补偿试验系统建模
•   3.1 波浪模拟平台运动学建模
•   3.2 波浪补偿试验系统执行机构建模
•   3.3 波浪补偿试验系统特性分析
•   3.4 本章小结
• 4 波浪补偿控制系统控制方法研究
•   4.1 反步控制原理
•   4.2 位置补偿反步控制器设计
•   4.3 基于干扰观测器的自适应反步控制研究
•   4.4 控制器仿真验证
•   4.5 本章小结
• 5 波浪补偿控制系统试验验证
•   5.1 波浪补偿试验系统搭建
•   5.2 波浪补偿试验系统软件设计
•   5.3 波浪干扰下位置补偿控制试验验证
•   5.4 本章小结
• 6 总结与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 马奔

导师: 沈刚

关键词: 波浪补偿控制系统,升沉补偿,电液伺服控制,自适应鲁棒控制

来源: 中国矿业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 海洋学,工业通用技术及设备,机械工业,新能源

单位: 中国矿业大学

基金: 国家自然科学基金面上项目:基于振动与加载多元耦合的超冗余驱动电液系统协调控制研究(编号:51575511,2016.01~2019.12)

分类号: TH137.9;P742;P743.2

总页数: 99

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