【摘要】：隨著航海事業(yè)、仿真技術(shù)和并聯(lián)機(jī)構(gòu)的發(fā)展,以并聯(lián)機(jī)構(gòu)為載體的多自由度海浪模擬裝置已廣泛應(yīng)用于船舶搖擺模擬方面研究。一方面,多自由度海浪模擬裝置與計(jì)算機(jī)虛擬仿真相比,可以實(shí)體再現(xiàn)船舶在航海過(guò)程中的響應(yīng)搖擺運(yùn)動(dòng)。另一方面,與實(shí)體船試驗(yàn)相比,多自由度海浪模擬裝置明顯具有經(jīng)濟(jì)性、可控性以及適應(yīng)性。MapleSim可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械、液壓、控制等系統(tǒng)仿真,與Maple數(shù)學(xué)分析程序和工具相結(jié)合,可對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行各種常規(guī)設(shè)計(jì)和深度分析。本文結(jié)合MapleSim,以6-UCU海浪模擬裝置為研究對(duì)象,主要研究?jī)?nèi)容如下:首先,為了實(shí)現(xiàn)六自由度海浪模擬仿真,本文對(duì)海浪及海浪譜知識(shí)進(jìn)行歸納分析,通過(guò)海浪譜分析,得到了6級(jí)海況下海浪對(duì)船舶的擾動(dòng)規(guī)律,并以此作為海浪模擬裝置控制系統(tǒng)輸入信號(hào),再對(duì)6-UCU海浪模擬裝置進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析,為后續(xù)MapleSim環(huán)境下海浪模擬裝置系統(tǒng)仿真提供理論依據(jù)。其次,基于6-UCU海浪模擬裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析,在MapleSim環(huán)境下,開(kāi)展了海浪模擬裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真,其仿真結(jié)果與理論計(jì)算對(duì)比,進(jìn)行了相互驗(yàn)證�；�6-UCU海浪模擬裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真,添加了控制系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和感知系統(tǒng),以此構(gòu)成了完整的6-UCU海浪模擬裝置系統(tǒng),其仿真結(jié)果輸出曲線為后續(xù)樣機(jī)研制提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。再次,基于MapleSim系統(tǒng)仿真,設(shè)計(jì)并研制出了6-UCU海浪模擬裝置,其中包括6-UCU并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),伺服驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)和電動(dòng)缸配置,六維傳感器和限位開(kāi)關(guān)選型以及運(yùn)動(dòng)控制程序編寫(xiě)。此外,為了安全有效控制電動(dòng)缸完成船舶搖擺運(yùn)動(dòng)而設(shè)計(jì)了電氣控制柜。最后,基于虛設(shè)運(yùn)動(dòng)副法,對(duì)6-UCU海浪模擬裝置上、下兩端虎克鉸鏈進(jìn)行制造和安裝誤差建模,利用激光追蹤儀開(kāi)展了樣機(jī)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)研究。經(jīng)過(guò)兩次標(biāo)定逐級(jí)補(bǔ)償樣機(jī)上、下兩端虎克鉸鏈誤差。在此基礎(chǔ)上,開(kāi)展了海浪模擬裝置模擬6級(jí)海況下船舶單自由度搖擺運(yùn)動(dòng)和六自由度復(fù)合搖擺運(yùn)動(dòng)。
【圖文】：

1.1 課題背景及研究意義隨著航海事業(yè)、仿真技術(shù)和并聯(lián)機(jī)構(gòu)的發(fā)展，，以并聯(lián)機(jī)構(gòu)為載體的多自由度海浪模擬裝置已廣泛應(yīng)用于船舶搖擺模擬方面研究。多自由度海浪模擬裝置作為實(shí)物與仿真結(jié)合的產(chǎn)物，一方面與計(jì)算機(jī)虛擬仿真[1-3]相比，如圖 1-1 所示，計(jì)算機(jī)虛擬仿真只能從虛擬圖像角度來(lái)描述船舶在復(fù)雜多變的海洋環(huán)境的無(wú)規(guī)則搖擺運(yùn)動(dòng)，而多自由度海浪模擬裝置則可以從實(shí)物角度再現(xiàn)船舶航海過(guò)程中響應(yīng)搖擺運(yùn)動(dòng)，而且還可以通過(guò)測(cè)量技術(shù)獲得研究所需運(yùn)動(dòng)曲線。另一方面與實(shí)體船直接試驗(yàn)[4-6]相比，如圖 1-2 所示，在相對(duì)真實(shí)的情況下多自由度海浪模擬裝置可以在實(shí)驗(yàn)室等地方模擬實(shí)體船的搖擺效果。研究人員也可以根據(jù)實(shí)際需求研制相應(yīng)海浪模擬裝置，如低級(jí)海況下適應(yīng)于訓(xùn)練航海人員與高級(jí)海況下適應(yīng)于訓(xùn)練駕駛員的多自由海浪模擬裝置顯然不同。多自由度海浪模擬裝置具有明顯的經(jīng)濟(jì)性、可控性以及適應(yīng)性，因此，多自由度海浪模擬裝置深入研究對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)理論和航海事業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

1.1 課題背景及研究意義隨著航海事業(yè)、仿真技術(shù)和并聯(lián)機(jī)構(gòu)的發(fā)展，以并聯(lián)機(jī)構(gòu)為載體的多自由度海浪模擬裝置已廣泛應(yīng)用于船舶搖擺模擬方面研究。多自由度海浪模擬裝置作為實(shí)物與仿真結(jié)合的產(chǎn)物，一方面與計(jì)算機(jī)虛擬仿真[1-3]相比，如圖 1-1 所示，計(jì)算機(jī)虛擬仿真只能從虛擬圖像角度來(lái)描述船舶在復(fù)雜多變的海洋環(huán)境的無(wú)規(guī)則搖擺運(yùn)動(dòng)，而多自由度海浪模擬裝置則可以從實(shí)物角度再現(xiàn)船舶航海過(guò)程中響應(yīng)搖擺運(yùn)動(dòng)，而且還可以通過(guò)測(cè)量技術(shù)獲得研究所需運(yùn)動(dòng)曲線。另一方面與實(shí)體船直接試驗(yàn)[4-6]相比，如圖 1-2 所示，在相對(duì)真實(shí)的情況下多自由度海浪模擬裝置可以在實(shí)驗(yàn)室等地方模擬實(shí)體船的搖擺效果。研究人員也可以根據(jù)實(shí)際需求研制相應(yīng)海浪模擬裝置，如低級(jí)海況下適應(yīng)于訓(xùn)練航海人員與高級(jí)海況下適應(yīng)于訓(xùn)練駕駛員的多自由海浪模擬裝置顯然不同。多自由度海浪模擬裝置具有明顯的經(jīng)濟(jì)性、可控性以及適應(yīng)性，因此，多自由度海浪模擬裝置深入研究對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)理論和航海事業(yè)的發(fā)展具有重要意義。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：U665

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2626435