本文關(guān)鍵詞：船舶控制系統(tǒng)故障模擬及診斷裝備的研究

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【摘要】：海洋與國家的安全和發(fā)展息息相關(guān),各國競相發(fā)展各類型艦船。近年來,遠(yuǎn)洋船舶大型化、節(jié)能化和高環(huán)保已成為發(fā)展趨勢。為了提高船舶運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)效益,必須提高船舶控制系統(tǒng)的有效性、安全可靠性和穩(wěn)定性。對船舶的控制系統(tǒng)的要求是船體能夠不受外界環(huán)境的干擾保持運(yùn)行在一定的速度和正確的路線,傳統(tǒng)的檢測和切除故障方法難以實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的效果,由此容錯(cuò)控制技術(shù)成為船舶控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)對船舶控制系統(tǒng)的研究主要集中在容錯(cuò)控制方法上,沒有故障注入平臺的支持。因此本文在對船舶控制技術(shù)需求分析的基礎(chǔ)上,提出了一套為船舶容錯(cuò)控制技術(shù)研究提供支持的故障模擬及診斷裝備軟硬件實(shí)現(xiàn)方案,主要工作如下:(1)通過分析軟件實(shí)現(xiàn)的故障注入方法、基于模擬的故障注入方法和基于物理的故障注入方法這三種故障注入方法的優(yōu)缺點(diǎn),并結(jié)合船舶控制系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行可能出現(xiàn)的故障類型,本文故障注入選用基于物理的故障注入方法,并采用硬件實(shí)現(xiàn)。針對傳統(tǒng)故障電路接入的繁瑣和斷電接線消耗時(shí)間等缺點(diǎn),本文介紹了耳塞式連接器的工作原理,并提出基于耳塞式連接器的實(shí)時(shí)故障注入方法。此方法將多種類型故障的產(chǎn)生電路規(guī)范化為統(tǒng)一機(jī)箱,并形成故障注入裝置。在需要注入故障時(shí)使用支持熱插拔的耳塞式插頭連接機(jī)箱,提高了系統(tǒng)的靈活性與可靠性。(2)設(shè)計(jì)了船舶控制系統(tǒng)模擬故障的具體硬件電路實(shí)現(xiàn)方案,故障主要包括用來模擬電磁干擾串入電壓信號傳輸過程的電壓型模擬故障、用來模擬電磁干擾串入電流信號傳輸過程的電流型模擬故障、用來模擬信號傳輸過程中通信線路出現(xiàn)各種通信故障的阻抗型模擬故障和用來模擬系統(tǒng)開關(guān)誤動(dòng)作的開關(guān)量模擬故障。并對這四種故障電路進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明故障注入電路的有效性和正確性。(3)設(shè)計(jì)了基于Delphi的故障設(shè)置計(jì)算機(jī)系統(tǒng),給出了故障設(shè)置主程序以及通道搜索、故障注入、恢復(fù)正常、裝載記錄四大功能實(shí)現(xiàn)的程序流程圖。設(shè)計(jì)了基于DSP+FPGA控制器的故障注入系統(tǒng),給出了主控制器DSP的詳細(xì)程序流程圖。兩者共同組成故障設(shè)置及注入系統(tǒng)的軟件方案。(4)本地控制裝置是船舶控制系統(tǒng)故障模擬及診斷的重要組成部分,本文對其基本原理進(jìn)行了闡述,針對船舶閥控操舵系統(tǒng)提出了一種模糊遞推積分PI控制方法,它結(jié)合了模糊控制技術(shù)和遞推積分PI控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明此控制方法可以實(shí)現(xiàn)船舶閉環(huán)控制系統(tǒng)的無差跟蹤。針對船舶運(yùn)行環(huán)境采集到的信號可能存在的干擾,提出了一種適合用于船舶控制系統(tǒng)的改進(jìn)數(shù)字濾波方法,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明此濾波方法可以達(dá)到理想的濾波效果。(5)對本地控制單元的硬件和軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。硬件采用CPCI板卡和CPCI工控機(jī)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、控制執(zhí)行、通信、顯示等功能;軟件采用Delphi進(jìn)行設(shè)計(jì),給出了數(shù)據(jù)采集、控制執(zhí)行、通信、顯示功能的程序流程圖。本文針對船舶控制系統(tǒng)研制出的故障模擬及診斷裝備,可實(shí)時(shí)模擬船舶運(yùn)行在真實(shí)環(huán)境下可能發(fā)生的各類故障。將本地控制單元采集到的真實(shí)數(shù)據(jù)接入故障設(shè)置及注入裝置實(shí)現(xiàn)信號疊加,再將疊加故障后的信號送至容錯(cuò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行容錯(cuò)運(yùn)算,本地控制單元接收容錯(cuò)計(jì)算機(jī)的控制指令完成對泵控、閥控等系統(tǒng)的閉環(huán)控制。因此,本文提出的故障模擬及診斷裝備對提高船舶安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。
【關(guān)鍵詞】：船舶控制系統(tǒng) 故障模擬 故障注入 本地控制 模糊遞推積分PI控制 數(shù)字濾波
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U672
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-16
• 1.1 研究背景及意義12
• 1.2 故障注入技術(shù)12-13
• 1.3 容錯(cuò)控制技術(shù)13-14
• 1.4 論文主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排14-16
• 第2章 故障注入技術(shù)的研究16-22
• 2.1 故障注入原理16-17
• 2.2 故障注入方法17
• 2.3 船舶控制系統(tǒng)故障注入設(shè)計(jì)17-21
• 2.3.1 電壓型模擬故障19-20
• 2.3.2 電流型模擬故障20
• 2.3.3 開關(guān)量模擬故障20-21
• 2.3.4 阻抗型模擬故障21
• 2.4 本章小結(jié)21-22
• 第3章 故障設(shè)置及注入裝置硬件設(shè)計(jì)22-43
• 3.1 故障注入機(jī)箱設(shè)計(jì)22-24
• 3.2 基于以太網(wǎng)通信的故障設(shè)置硬件設(shè)計(jì)24-26
• 3.3 電壓型模擬故障注入電路設(shè)計(jì)26-30
• 3.3.1 電壓型模擬故障注入控制板硬件電路設(shè)計(jì)26-27
• 3.3.2 電壓型模擬故障注入執(zhí)行板硬件電路設(shè)計(jì)27-29
• 3.3.3 電壓型模擬故障注入實(shí)驗(yàn)結(jié)果29-30
• 3.4 電流型模擬故障注入電路設(shè)計(jì)30-34
• 3.4.1 電流型模擬故障注入控制板硬件電路設(shè)計(jì)30-32
• 3.4.2 電流型模擬故障注入執(zhí)行板硬件電路設(shè)計(jì)32
• 3.4.3 電流型模擬故障注入實(shí)驗(yàn)結(jié)果32-34
• 3.5 阻抗型模擬故障注入電路設(shè)計(jì)34-37
• 3.5.1 阻抗型模擬故障注入控制板硬件電路設(shè)計(jì)34-35
• 3.5.2 阻抗型模擬故障注入執(zhí)行板硬件電路設(shè)計(jì)35-36
• 3.5.3 阻抗型模擬故障注入實(shí)驗(yàn)結(jié)果36-37
• 3.6 開關(guān)量故障注入電路設(shè)計(jì)37-41
• 3.6.1 開關(guān)量故障注入控制板硬件電路設(shè)計(jì)37
• 3.6.2 開關(guān)量故障注入執(zhí)行板硬件電路設(shè)計(jì)37-38
• 3.6.3 開關(guān)量模擬故障注入實(shí)驗(yàn)結(jié)果38-41
• 3.7 本章小結(jié)41-43
• 第4章 故障設(shè)置及注入裝置軟件設(shè)計(jì)43-56
• 4.1 故障設(shè)置計(jì)算機(jī)系統(tǒng)整體架構(gòu)43-45
• 4.2 基于Delphi的故障設(shè)置計(jì)算機(jī)軟件45-52
• 4.2.1 通道搜索功能46-48
• 4.2.2 故障注入功能48-49
• 4.2.3 恢復(fù)正常功能49-50
• 4.2.4 裝載記錄功能50-51
• 4.2.5 IP地址查詢與修改功能51-52
• 4.2.6 幫助功能52
• 4.3 基于DSP+FPGA控制器的故障注入系統(tǒng)52-55
• 4.4 本章小結(jié)55-56
• 第5章 船舶控制系統(tǒng)故障模擬及診斷裝備的研制56-76
• 5.1 本地控制裝置的原理57
• 5.2 船舶系統(tǒng)的控制策略57-63
• 5.2.1 閥控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)57-58
• 5.2.2 模糊遞推積分PI控制方法58-61
• 5.2.3 閥控系統(tǒng)穩(wěn)定性分析61-63
• 5.3 舵舶控制系統(tǒng)數(shù)字濾波方法63-67
• 5.3.1 算術(shù)平均值濾波64-65
• 5.3.2 加權(quán)平均值濾波65
• 5.3.3 滑動(dòng)平均值濾波65-66
• 5.3.4 防脈沖干擾平均濾波66
• 5.3.5 改進(jìn)后的數(shù)字濾波方法66-67
• 5.4 本地控制單元硬件設(shè)計(jì)67-69
• 5.5 本地控制單元系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì)69-75
• 5.5.1 系統(tǒng)總體流程69-70
• 5.5.2 系統(tǒng)構(gòu)架70-71
• 5.5.3 基于Delphi的本地控制單元軟件設(shè)計(jì)71-75
• 5.6 本章小結(jié)75-76
• 結(jié)論76-78
• 參考文獻(xiàn)78-82
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果82-83
• 致謝83

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：723022