【摘要】：隨著經(jīng)濟和科學技術(shù)的發(fā)展,人類對資源的需求日益增長,全球使用的90%能源取自化石燃料,而陸地資源的數(shù)量有限,在不久的將來將會逐漸無法滿足人類的生產(chǎn)需求。地球71%的面積被海洋覆蓋,蘊藏海底的資源已成為世界各國能源開發(fā)的重點對象,是人類可持續(xù)發(fā)展的重要財富。海洋運輸具有運量大、成本低、適合長距離大宗貨物運輸?shù)葍?yōu)點。而無論是對海洋資源的開采,還是對于海上運輸,吊裝設(shè)備都是必不可少的,它被廣泛應用于海洋平臺或船舶上,用于海洋設(shè)備的海上吊裝或海上運輸貨物在港口的裝卸等。然而與陸上工況不同的是,受到海上風浪的影響,進行海上作業(yè)的吊裝設(shè)備及船舶會隨風浪起伏,導致所吊放的貨物極易撞擊甲板,嚴重時甚至毀壞貨物和造成人員傷亡,導致巨大的經(jīng)濟損失。因此,如何補償由于波浪引起的起伏,以保證吊放貨物時的平穩(wěn)安全,對海洋資源的開發(fā)利用具有非常重要的意義。本論文以深海提升機為研究對象,設(shè)計了一套模擬試驗系統(tǒng)對深海提升設(shè)備的波浪位置干擾補償控制問題進行研究。首先本文在吸收國內(nèi)外相關(guān)試驗臺搭建經(jīng)驗及建造方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合研究需求,設(shè)計了具有波浪模擬及補償提升功能的試驗臺,并對其液壓系統(tǒng)及控制系統(tǒng)進行了詳細地設(shè)計及選型。其次,針對波浪的運動模擬控制問題,根據(jù)試驗臺的結(jié)構(gòu)組成對其進行運動學分析,使系統(tǒng)可以完成各自由度的獨立控制。在此基礎(chǔ)上對建立了波浪補償裝置液壓系統(tǒng)數(shù)學模型,并通過構(gòu)建仿真模型對系統(tǒng)建模進行驗證,并對系統(tǒng)的動態(tài)特性進行分析。為了提高波浪補償控制的精度,消除由波浪帶來的外界干擾,根據(jù)建立的系統(tǒng)模型對系統(tǒng)的反步控制器進行設(shè)計,并在此基礎(chǔ)上采用干擾觀測器及參數(shù)自適應的方法對控制器進行改進。將兩種控制器進行仿真試驗,驗證非線性控制器在波浪位移補償控制系統(tǒng)下的控制效果。最后,對所設(shè)計的試驗臺進行搭建,并對控制系統(tǒng)軟件進行詳細地設(shè)計,對所設(shè)計的波浪補償控制器進行實驗驗證。分別對比與傳統(tǒng)控制器及所設(shè)計的反步控制器和基于干擾觀測器的自適應控制器在波浪的位置補償中的控制效果,最后對輸出信號的跟蹤精度進行比較,從而驗證提出的波浪補償控制策略的有效性。
【圖文】：

開采在不久的將來就會無法滿足日常生產(chǎn)需要。而占地球表面的海洋，蘊藏著巨大的資源寶庫，對海洋資源的開發(fā)利用將成為解決未來資源匱乏的有效方法。目前對海洋資源開采利用主要有海洋礦產(chǎn)的開采以及海上風力發(fā)電、潮汐能發(fā)電等[1,2]。另一方面，人類對海洋的利用也不僅僅限于其所蘊含的實物資源，海洋在貨物運輸上的價值在當代依然享有無可替代的地位。海洋運輸具有運量大、成本低、適合長距離大宗貨物運輸?shù)葍?yōu)點[3]。而無論是對海洋資源的開采，還是對于海上運輸，吊裝設(shè)備都是必不可少的，如圖 1-1 所示，它被廣泛應用于海洋平臺或船舶上，用于海洋設(shè)備的海上吊裝或海上運輸貨物在港口的裝卸等[4]，。然而與陸上工況不同的是，受到海上風浪的影響，深海海工裝備將隨海面的波浪產(chǎn)生巨幅縱搖、橫搖、艏搖，縱蕩、橫蕩、垂蕩及其耦合運動，如果不加以控制，由此而帶動長達數(shù)千米的管道或拖曳系統(tǒng)做相應的運動，將使系統(tǒng)產(chǎn)生巨大附加載荷，，使海底作業(yè)裝置不穩(wěn)定，嚴重影響工作效率，甚至造成關(guān)系的損壞，使系統(tǒng)完全失效，造成海上作業(yè)的諸多不便和危險，導致巨大的經(jīng)濟損失[5]。因此，如何補償由于波浪引起的起伏，對海洋資源的開發(fā)利用具有非常重要的意義，從而有必要對吊放提升裝置的吊放過程和波浪補償問題進行研究。

碩士學位論文1.2 波浪補償技術(shù)簡述（Brief Introduction of Wave CompensationTechnology）波浪升沉補償系統(tǒng)按其動力供應、執(zhí)行器、補償策略、負載大小等可以分為不同的類型。升沉補償技術(shù)按其執(zhí)行元件來分可以分為直線型和旋轉(zhuǎn)型兩種類型。旋轉(zhuǎn)型升沉補償器采用原系統(tǒng)現(xiàn)有的拖纜絞車根據(jù)升沉傳感器的反饋信號實時跟蹤補償母船運動，其原理如圖 1-2 所示[6]，該補償方式具有無需額外安裝空間且補償行程不受限制等優(yōu)點。但由于拖纜絞車系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量往往較大，集成被動式波浪升沉補償系統(tǒng)的難度較大[7]。
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TH137.9;P742;P743.2

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本文編號：2609477