【摘要】：海洋浮標是監(jiān)測和勘探開發(fā)海洋資源的重要工具之一。海洋浮標要發(fā)揮其重要功能，前提是能夠精確、安全施放入海，此引申出海洋浮標施放技術；同時海洋浮標有壽命期限，需定期或不定期維修、回收，此涉及其回收技術。海洋浮標施放和回收作業(yè)過程中，海況復雜導致船體做橫搖、縱搖、垂蕩及升沉運動，纜繩中張力易發(fā)生突變。纜繩中張力過大，易造成纜繩崩斷；纜繩張力過小，易使浮標與船體相撞，造成設備受損。為確保海洋浮標施放回收作業(yè)平穩(wěn)、安全進行，要求作業(yè)海洋絞車必須具備對纜繩張力準確測量、設定、自動恒定的功能。當前國內(nèi)對恒張力絞車的研究仍屬于起步階段，因此課題的研究工作具有重要意義。 針對以上問題，論文重點研究和分析用于海洋浮標施放回收恒張力絞車。目前國內(nèi)外海洋浮標施放回收技術仍存在作業(yè)步驟繁瑣、安全性較差等困難，論文結合目前海洋浮標類型及系泊系統(tǒng)特點，優(yōu)化海洋浮標施放回收方案。同時對海洋浮標拖曳作業(yè)系統(tǒng)中的拖纜和拖體進行水動力學分析，為海洋浮標的施放回收恒張力控制系統(tǒng)設計提供重要的理論支撐。根據(jù)拖曳系統(tǒng)水動力分析，設計能滿足通用型浮標施放回收的恒張力絞車電液控制系統(tǒng)。為實現(xiàn)對張力精準控制，首次提出將PDF（偽微分反饋控制）控制算法引入恒張力電液控制系統(tǒng)中。采用Matlab/Simulink進行建模并仿真，仿真結果表明所設計的PDF控制器具有動態(tài)響應快、穩(wěn)定性高、超調量小、抗干擾能力強等優(yōu)勢，有效滿足復雜海況下絞車恒張力控制要求。文中通過縮比法實驗，進一步論證電液控制系統(tǒng)和PDF控制算法可靠性和穩(wěn)定性，為恒張力絞車進一步海上測試提供重要的依據(jù)，具有重要的學術意義和工程應用價值。 各章節(jié)主要研究內(nèi)容如下： 引言部分概述國內(nèi)外海洋浮標施放回收技術現(xiàn)狀，同時分析國內(nèi)外恒張力絞車發(fā)展及應用現(xiàn)狀；以此為背景提出課題的研究意義及研究內(nèi)容。 海洋浮標施放回收方案設計�？偨Y海洋浮標施放回收技術的優(yōu)缺點及面臨的難點，結合海洋浮標特點，從恒張力絞車設計初衷出發(fā)，對海洋浮標施放回收方案優(yōu)化設計，分析海洋浮標施放回收作業(yè)注意事項。 恒張力絞車整體方案設計。分析絞車作業(yè)工況及控制要求，結合絞車恒張力控制原理，對恒張力絞車結構設計及參數(shù)計算。分析纜繩張力測定技術，根據(jù)浮標施放回收作業(yè)特點，提出采用“三點彎曲法”對纜繩張力進行動態(tài)測量及閉環(huán)反饋。借鑒水下拖曳作業(yè)模型，構建海洋浮標拖曳作業(yè)水動力學控制方程。通過對拖纜及拖體的水動力學研究分析，為浮標施放回收恒張力控制系統(tǒng)設計提供重要的理論依據(jù)。根據(jù)海洋浮標施放回收作業(yè)要求，設計恒張力絞車電液控制系統(tǒng)，并對工作原理進行重點剖析。 恒張力控制系統(tǒng)中PDF控制器設計及仿真。綜述了工程控制理論發(fā)展概況及特點，首次提出將PDF控制算法應用于恒張力電液控制系統(tǒng)中。通過分析PDF控制算法的原理，建立恒張力絞車纜繩張力與液控馬達兩油口壓差之比的數(shù)學模型，同時對系統(tǒng)參數(shù)進行優(yōu)化設計。采用Matlab/Simulink進行PDF系統(tǒng)建模并仿真，仿真復雜海況下正弦波信號、階躍信號、變載荷影響下模型的動態(tài)反饋。仿真結果表明，控制系統(tǒng)設計合理，PDF控制算法具有動態(tài)響應快，超調量小，抗干擾力強，穩(wěn)定性高等優(yōu)勢，適合應用于復雜海況下施放回收作業(yè)。 恒張力絞車控制系統(tǒng)實驗驗證。采取西門子S7-200系列PLC作為實驗平臺，根據(jù)電液控制原理，設計PLC現(xiàn)場控制方案。對PLC方案中主要部件選型及分析。采用離散化方法分析PDF控制算法通過PLC平臺實現(xiàn)原理。在PLC現(xiàn)場控制方案的基礎上，采用縮比法實驗，標定纜繩張力與電液比例溢流閥輸入電壓之間的關系。實驗模擬復雜海況，突變負載，分析控制系統(tǒng)保持纜繩恒定張力的能力。實驗結果表明所設計的電液控制系統(tǒng)及PDF控制器可靠性高，動態(tài)響應快，抗干擾性強，滿足復雜海況的作業(yè)要求。 最后，對全文進行總結及展望。本文設計一款應用于海洋浮標施放回收作業(yè)的新型恒張力絞車，提出針對通用型浮標施放回收作業(yè)方案；通過分析浮標拖曳作業(yè)水動力特性，設計可精準控制的電液控制系統(tǒng)，首次將PDF控制算法引入電液控制系統(tǒng)；采用Matlab/Simulink建模并仿真分析，仿真結果表明電液控制系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、快速響應，滿足復雜海況下海洋浮標施放回收作業(yè)要求；縮比法實驗進一步論證所設計的電液控制系統(tǒng)的可行性，為實際海試試驗的開展奠定基礎。本課題在對恒張力絞車結構及控制系統(tǒng)等方面研究雖取得一定進展，然而，由于條件限制，有些研究工作仍需做進一步拓展，具體可考慮以下方面： （1）纜繩張力閉環(huán)控制實驗平臺完善。目前搭建的實驗平臺對于纜繩張力閉環(huán)控制仿真仍然存在不足，液壓系統(tǒng)與PLC平臺如何順暢通訊有待提高，實驗平臺的控制精度有待提高。 （2）海洋浮標拖曳系統(tǒng)水動力分析。對于通過借鑒水下拖曳系統(tǒng)建立的海洋浮標拖曳系統(tǒng)水動力學模型，需采取試驗驗證。浮標拖曳與水下拖曳有一定差別，系統(tǒng)理論需做進一步研究。 （3）開展海上實驗�，F(xiàn)階段僅限于理論分析和模型仿真，應根據(jù)設計方案，生產(chǎn)樣機，在海上開展海洋浮標施放回收作業(yè)，測試整機的性能。進一步驗證分析所設計的恒張力絞車電液控制系統(tǒng)以及PDF控制算法的可靠性及優(yōu)越性。 （4）提高整機使用性能。本課題施放回收作業(yè)對象是海洋浮標，可加強對其他海洋結構物或漂浮物的拖曳回收作業(yè)研究。通過實驗分析比較，，對恒張力絞車做進一步優(yōu)化設計，使其成為海洋工程設備收放作業(yè)恒張力控制通用型設備。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：上海海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：P715.2

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 曹學俊,林海波,王忠賢;新型船用63kN液壓絞車的研制[J];船舶;1997年06期

2 曾文火,鄢華林,朝俊;反饋控制系統(tǒng)控制算法比較[J];華東船舶工業(yè)學院學報;1993年04期

3 馮u&,朱克強;水下拖曳系統(tǒng)運動姿態(tài)仿真研究[J];海洋工程;2005年04期

4 白強;袁新;楊永春;劉巖;;三錨浮標系統(tǒng)研究[J];海洋技術;2007年04期

5 朱伯康;許建平;;國際Argo計劃執(zhí)行現(xiàn)狀剖析[J];海洋技術;2008年04期

6 王軍成;國內(nèi)外海洋資料浮標技術現(xiàn)狀與發(fā)展[J];海洋技術;1998年01期

7 張竺英;任福林;陳黎明;徐林;;潛水器恒張力收放絞車系統(tǒng)的建模與仿真[J];機床與液壓;2006年09期

8 矯玉田;趙進平;史久新;吳偉;張洪新;;極區(qū)海洋錨碇觀測系統(tǒng)的設計和布放[J];極地研究;2007年04期

9 王立新,楊桂生;鋼索張力測定的研究[J];力學與實踐;1998年06期

10 董縱昊,陳留;自調節(jié)PDF控制的一種算法[J];機械;2002年04期

本文編號：2435193