本文關(guān)鍵詞：船舶二自由度運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)研究

  更多相關(guān)文章： 二自由度 船舶仿真平臺(tái) 運(yùn)動(dòng)模型 PLC PID控制

【摘要】：船舶在海上航行中,由于受到風(fēng)、流、浪的影響,會(huì)發(fā)生搖蕩運(yùn)動(dòng)。船舶的搖蕩影響船舶動(dòng)力裝置推進(jìn)性能,增加船舶航行風(fēng)險(xiǎn),削弱艦船武器的精確性等,因此船舶的搖蕩運(yùn)動(dòng)成為目前船舶運(yùn)動(dòng)控制研究的重點(diǎn)內(nèi)容,尤其是橫搖和縱搖,在軍用和民用方面都有著深遠(yuǎn)意義。若采用海上實(shí)船試驗(yàn)方式來對(duì)船舶搖蕩運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究,成本高,周期長(zhǎng)。因此,本論文以學(xué)校“船舶綜合液壓推進(jìn)試驗(yàn)系統(tǒng)”項(xiàng)目為應(yīng)用背景,設(shè)計(jì)了船舶橫搖和縱搖二自由度運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái),為船舶在風(fēng)浪中動(dòng)力裝置推進(jìn)和船用設(shè)備性能影響以及船舶運(yùn)動(dòng)控制研究打下基礎(chǔ)。 設(shè)計(jì)本平臺(tái)的功能是能模擬船舶在一定海況下的橫搖和縱搖運(yùn)動(dòng),以及不同幅值和周期下的正弦波運(yùn)動(dòng)。本文首先對(duì)海浪基本理論進(jìn)行介紹,研究海浪譜密度和Longuest-Higgins海浪波幅模型,以長(zhǎng)峰波隨機(jī)海浪波傾角為橋梁,對(duì)船舶搖蕩受力分析,建立Conolly(康諾利)船舶橫縱搖運(yùn)動(dòng)模型。 文中第三章概括地對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析,包括：平臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)分析,液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理分析,液壓系統(tǒng)主要元件選型分析等。平臺(tái)控制系統(tǒng)是基于PLC的閉環(huán)PID控制,因此,需要對(duì)系統(tǒng)PID控制設(shè)計(jì)、PLC選型及硬件設(shè)計(jì)以及控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。 為實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的橫搖和縱搖運(yùn)動(dòng),PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)顯得尤為重要。首先對(duì)平臺(tái)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件組態(tài),然后根據(jù)平臺(tái)要實(shí)現(xiàn)的功能采用模塊化編程,最后對(duì)平臺(tái)主要控制邏輯塊的設(shè)計(jì)和內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的分析。 最后,在設(shè)計(jì)開發(fā)出的船舶二自由度運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究工作,主要從簡(jiǎn)單正弦運(yùn)動(dòng)和實(shí)際海況下運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面著手,對(duì)系統(tǒng)PID控制下的平臺(tái)實(shí)際運(yùn)動(dòng)曲線和設(shè)定運(yùn)動(dòng)曲線進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明,設(shè)計(jì)開發(fā)的船舶二自由度仿真平臺(tái)性能能夠達(dá)到當(dāng)初設(shè)計(jì)要求,具有一定實(shí)際意義。
【關(guān)鍵詞】：二自由度 船舶仿真平臺(tái) 運(yùn)動(dòng)模型 PLC PID控制
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP391.9;U661
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 選題研究背景和意義11
• 1.2 船舶運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)11-14
• 1.2.1 國內(nèi)外船舶運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 船舶運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)發(fā)展趨勢(shì)14
• 1.3 電液傳動(dòng)與控制技術(shù)14-16
• 1.3.1 電液傳動(dòng)與控制技術(shù)的發(fā)展14-15
• 1.3.2 電液傳動(dòng)與控制技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)15-16
• 1.4 PLC介紹16-17
• 1.4.1 PLC發(fā)展與特點(diǎn)概述16-17
• 1.4.2 PLC與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的比較17
• 1.5 課題研究?jī)?nèi)容17-19
• 第二章 船舶二自由度運(yùn)動(dòng)模型19-32
• 2.1 海浪基本理論介紹19-22
• 2.1.1 隨機(jī)海浪19-20
• 2.1.2 海浪頻譜分析20-22
• 2.1.3 Longuest-Higgins海浪波幅模型22
• 2.2 有義波高與海況等級(jí)對(duì)應(yīng)關(guān)系22-25
• 2.2.1 蒲福風(fēng)級(jí)和海況介紹22-24
• 2.2.2 風(fēng)級(jí)表與海況表對(duì)應(yīng)處理24-25
• 2.3 船舶二自由度運(yùn)動(dòng)模型的建立25-32
• 2.3.1 長(zhǎng)峰波隨機(jī)海浪波傾角模型25-26
• 2.3.2 船舶搖蕩坐標(biāo)系的建立26-27
• 2.3.3 船舶橫搖運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的建立27-30
• 2.3.4 船舶縱搖運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的建立30-32
• 第三章 船舶仿真平臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析32-42
• 3.1 船舶仿真平臺(tái)簡(jiǎn)介32-33
• 3.1.1 平臺(tái)設(shè)計(jì)要求32-33
• 3.1.2 平臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)分析33
• 3.2 船舶仿真平臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)分析33-42
• 3.2.1 船舶仿真平臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理34-35
• 3.2.2 閥控液壓缸系統(tǒng)設(shè)計(jì)35-37
• 3.2.3 液壓系統(tǒng)主要組成原件選型設(shè)計(jì)37-42
• 第四章 船舶仿真平臺(tái)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)42-51
• 4.1 控制系統(tǒng)框架42-43
• 4.2 系統(tǒng)PID控制設(shè)計(jì)43-45
• 4.2.1 PID控制原理概述43-44
• 4.2.2 PID控制在PLC中的實(shí)現(xiàn)44
• 4.2.3 PID控制器的參數(shù)整定44-45
• 4.2.4 數(shù)字PID采樣周期的選擇45
• 4.3 PLC選型及硬件特點(diǎn)45-49
• 4.3.1 PLC選型45-47
• 4.3.2 PLC硬件的特性與功能47-49
• 4.4 控制系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)49-51
• 4.4.1 PLC供電電路49-50
• 4.4.2 PLC電氣控制原理50-51
• 第五章 船舶仿真平臺(tái)控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)51-74
• 5.1 STEP7編程概述51-52
• 5.1.1 STEP7編程軟件的功能51
• 5.1.2 STEP7的程序塊51-52
• 5.2 硬件組態(tài)52-55
• 5.2.1 系統(tǒng)組態(tài)52-53
• 5.2.2 CPU參數(shù)設(shè)置53-54
• 5.2.3 模塊的參數(shù)設(shè)置54-55
• 5.3 平臺(tái)控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)55-74
• 5.3.1 平臺(tái)控制程序流程圖55-56
• 5.3.2 平臺(tái)PLC系統(tǒng)程序模塊56-58
• 5.3.3 系統(tǒng)初始化組織塊(OB100)58
• 5.3.4 常數(shù)設(shè)置功能塊(FC501)58-59
• 5.3.5 模擬量輸入傾角值轉(zhuǎn)換處理模塊(FC502)59-60
• 5.3.6 液壓功能控制塊(FB131)60-62
• 5.3.7 平臺(tái)仿真運(yùn)動(dòng)模式選擇模塊(FB140)62-67
• 5.3.8 橫搖PID控制模塊(FB58)67-71
• 5.3.9 傾角輸出控制值量程轉(zhuǎn)換模塊(FC106)71-74
• 第六章 船舶仿真平臺(tái)試驗(yàn)研究74-82
• 6.1 平臺(tái)監(jiān)控操縱系統(tǒng)74-76
• 6.2 正弦運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)76-80
• 6.3 實(shí)際海況下運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)80-82
• 第七章 結(jié)論與展望82-84
• 參考文獻(xiàn)84-87
• 致謝87

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：711213