【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人類對(duì)資源的需求日益增長(zhǎng),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(huì)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(yùn)藏海底的資源已成為世界各國(guó)能源開發(fā)的重點(diǎn)對(duì)象,是人類可持續(xù)發(fā)展的重要財(cái)富。海洋運(yùn)輸具有運(yùn)量大、成本低、適合長(zhǎng)距離大宗貨物運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。而無論是對(duì)海洋資源的開采,還是對(duì)于海上運(yùn)輸,吊裝設(shè)備都是必不可少的,它被廣泛應(yīng)用于海洋平臺(tái)或船舶上,用于海洋設(shè)備的海上吊裝或海上運(yùn)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(fēng)浪的影響,進(jìn)行海上作業(yè)的吊裝設(shè)備及船舶會(huì)隨風(fēng)浪起伏,導(dǎo)致所吊放的貨物極易撞擊甲板,嚴(yán)重時(shí)甚至毀壞貨物和造成人員傷亡,導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此,如何補(bǔ)償由于波浪引起的起伏,以保證吊放貨物時(shí)的平穩(wěn)安全,對(duì)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(jī)為研究對(duì)象,設(shè)計(jì)了一套模擬試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)深海提升設(shè)備的波浪位置干擾補(bǔ)償控制問題進(jìn)行研究。首先本文在吸收國(guó)內(nèi)外相關(guān)試驗(yàn)臺(tái)搭建經(jīng)驗(yàn)及建造方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合研究需求,設(shè)計(jì)了具有波浪模擬及補(bǔ)償提升功能的試驗(yàn)臺(tái),并對(duì)其液壓系統(tǒng)及控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)地設(shè)計(jì)及選型。其次,針對(duì)波浪的運(yùn)動(dòng)模擬控制問題,根據(jù)試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)組成對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,使系統(tǒng)可以完成各自由度的獨(dú)立控制。在此基礎(chǔ)上對(duì)建立了波浪補(bǔ)償裝置液壓系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,并通過構(gòu)建仿真模型對(duì)系統(tǒng)建模進(jìn)行驗(yàn)證,并對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析。為了提高波浪補(bǔ)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(duì)系統(tǒng)的反步控制器進(jìn)行設(shè)計(jì),并在此基礎(chǔ)上采用干擾觀測(cè)器及參數(shù)自適應(yīng)的方法對(duì)控制器進(jìn)行改進(jìn)。將兩種控制器進(jìn)行仿真試驗(yàn),驗(yàn)證非線性控制器在波浪位移補(bǔ)償控制系統(tǒng)下的控制效果。最后,對(duì)所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行搭建,并對(duì)控制系統(tǒng)軟件進(jìn)行詳細(xì)地設(shè)計(jì),對(duì)所設(shè)計(jì)的波浪補(bǔ)償控制器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。分別對(duì)比與傳統(tǒng)控制器及所設(shè)計(jì)的反步控制器和基于干擾觀測(cè)器的自適應(yīng)控制器在波浪的位置補(bǔ)償中的控制效果,最后對(duì)輸出信號(hào)的跟蹤精度進(jìn)行比較,從而驗(yàn)證提出的波浪補(bǔ)償控制策略的有效性。
【圖文】：

開采在不久的將來就會(huì)無法滿足日常生產(chǎn)需要。而占地球表面的海洋，蘊(yùn)藏著巨大的資源寶庫，對(duì)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(duì)海洋資源開采利用主要有海洋礦產(chǎn)的開采以及海上風(fēng)力發(fā)電、潮汐能發(fā)電等[1,2]。另一方面，人類對(duì)海洋的利用也不僅僅限于其所蘊(yùn)含的實(shí)物資源，海洋在貨物運(yùn)輸上的價(jià)值在當(dāng)代依然享有無可替代的地位。海洋運(yùn)輸具有運(yùn)量大、成本低、適合長(zhǎng)距離大宗貨物運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)[3]。而無論是對(duì)海洋資源的開采，還是對(duì)于海上運(yùn)輸，吊裝設(shè)備都是必不可少的，如圖 1-1 所示，它被廣泛應(yīng)用于海洋平臺(tái)或船舶上，用于海洋設(shè)備的海上吊裝或海上運(yùn)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(fēng)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(yùn)動(dòng)，如果不加以控制，由此而帶動(dòng)長(zhǎng)達(dá)數(shù)千米的管道或拖曳系統(tǒng)做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，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(yán)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(xiǎn)，導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失[5]。因此，如何補(bǔ)償由于波浪引起的起伏，對(duì)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(duì)吊放提升裝置的吊放過程和波浪補(bǔ)償問題進(jìn)行研究。

碩士學(xué)位論文1.2 波浪補(bǔ)償技術(shù)簡(jiǎn)述（Brief Introduction of Wave CompensationTechnology）波浪升沉補(bǔ)償系統(tǒng)按其動(dòng)力供應(yīng)、執(zhí)行器、補(bǔ)償策略、負(fù)載大小等可以分為不同的類型。升沉補(bǔ)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(bǔ)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(hào)實(shí)時(shí)跟蹤補(bǔ)償母船運(yùn)動(dòng)，其原理如圖 1-2 所示[6]，該補(bǔ)償方式具有無需額外安裝空間且補(bǔ)償行程不受限制等優(yōu)點(diǎn)。但由于拖纜絞車系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量往往較大，集成被動(dòng)式波浪升沉補(bǔ)償系統(tǒng)的難度較大[7]。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH137.9;P742;P743.2

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本文編號(hào)：2609477