在海上執(zhí)行人員救援或人員轉(zhuǎn)移任務(wù)時(shí),由于風(fēng)浪等因素影響,艦船會(huì)產(chǎn)生不利于人員轉(zhuǎn)移的多維搖蕩運(yùn)動(dòng),這給艦船在海上執(zhí)行此類任務(wù)帶來了危險(xiǎn)和挑戰(zhàn)。艦船載穩(wěn)定平臺(tái)生成艦船多維搖蕩運(yùn)動(dòng)的補(bǔ)償運(yùn)動(dòng),使得穩(wěn)定平臺(tái)的末端相對(duì)于大地坐標(biāo)系保持相對(duì)穩(wěn)定,從而保證人員轉(zhuǎn)移過程安全且高效。本課題圍繞艦船載穩(wěn)定系統(tǒng)的并聯(lián)穩(wěn)定平臺(tái)部分,開展動(dòng)力學(xué)模型和控制策略方面的研究。首先,在分析艦船載穩(wěn)定平臺(tái)工作過程和原理的基礎(chǔ)上,建立了慣性系下和非慣性系下艦船載穩(wěn)定平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)反解模型,為動(dòng)力學(xué)建模奠定基礎(chǔ)。其次,以數(shù)值微分方法簡(jiǎn)化了艦船載穩(wěn)定平臺(tái)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件慣性力/力矩的求解步驟,提出一種基于數(shù)值微分的動(dòng)力學(xué)模型簡(jiǎn)化方法,在一定程度上提高了平臺(tái)慣性系和非慣性系下的動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算效率;在基于虛功原理建立艦船載穩(wěn)定平臺(tái)動(dòng)力學(xué)方程基礎(chǔ)上,對(duì)其求解過程進(jìn)行簡(jiǎn)化;以提高數(shù)值微分方法的微分精度和計(jì)算效率為目標(biāo),基于拉格朗日插值法推導(dǎo)了一種一、二階數(shù)值高精度微分公式,并對(duì)其誤差進(jìn)行了驗(yàn)證;以Adams為工具對(duì)艦船載穩(wěn)定平臺(tái)在慣性系下和非慣性系下的動(dòng)力學(xué)模型分別進(jìn)行有效性和可行性驗(yàn)證;基于艦船載穩(wěn)定平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型和數(shù)值微分公式,以MATLAB為工具開發(fā)了艦船載穩(wěn)定平臺(tái)在慣性系下和非慣性系下的動(dòng)力學(xué)參數(shù)化分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)化分析以及基于蒙特卡洛方法的工作空間參數(shù)化分析系統(tǒng)。最后,為實(shí)現(xiàn)艦船載穩(wěn)定平臺(tái)高精度和高響應(yīng)速度的實(shí)時(shí)控制,在驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)位置/速度級(jí)聯(lián)控制的基礎(chǔ)上,提出了速度前饋、加速度前饋以及基于操作空間動(dòng)力學(xué)模型的前饋控制相結(jié)合的艦船載穩(wěn)定平臺(tái)復(fù)合控制理論。在此基礎(chǔ)上,借助MATLAB中的link模塊搭建虛擬樣,進(jìn)一步完成了在Simulink環(huán)境對(duì)虛擬樣機(jī)的控制仿真驗(yàn)證。
【學(xué)位單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：U674.703
【部分圖文】：

第1章緒論-3-艦船載穩(wěn)定平臺(tái)的研究對(duì)于國(guó)家海洋戰(zhàn)略有著重要意義，而當(dāng)前的艦船載穩(wěn)定平臺(tái)在實(shí)時(shí)控制、動(dòng)力學(xué)解算效率和控制響應(yīng)快速性和控制精度仍有較大提升空間。另外國(guó)外已有相應(yīng)的研究成果轉(zhuǎn)化為成熟產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)目前的大部分研究成果難以形成相關(guān)產(chǎn)業(yè)。因此為了研發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能艦船穩(wěn)定平臺(tái)，進(jìn)一步提高艦船載穩(wěn)定平臺(tái)動(dòng)力學(xué)解算效率和控制精度對(duì)于艦載機(jī)安全降落、保證艦船載衛(wèi)星通信系統(tǒng)穩(wěn)定跟蹤、激光武器發(fā)揮高性能、海上科考以及海上資源勘探人員安全輸送，增強(qiáng)國(guó)家綜合競(jìng)爭(zhēng)力有重要意義。1.2艦船穩(wěn)定平臺(tái)研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外對(duì)于艦船穩(wěn)定平臺(tái)研究開始較早。早期的穩(wěn)定方式對(duì)整個(gè)船體采取減搖的辦法，世界上第一個(gè)艦船減搖裝置于1904年由施里克研制出，該裝置能夠在一定的航速范圍內(nèi)有效減弱船體的搖蕩[6]，這種減搖裝置屬于艦船整體減搖，而穩(wěn)定平臺(tái)屬于局部減遙穩(wěn)定平臺(tái)早在100多年以前就被用于各種不同的運(yùn)載體上，目前國(guó)外用于雷達(dá)天線、光電系統(tǒng)、艦載武器的穩(wěn)定平臺(tái)多采用二、三軸串聯(lián)轉(zhuǎn)臺(tái)，用以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定姿態(tài)和快速跟蹤的目的[7]，比如美國(guó)海軍使用的BEI公司生產(chǎn)的QRS-10型石英音叉陀螺，WSC-6型衛(wèi)星天線通訊設(shè)備的穩(wěn)定系統(tǒng)，工作12萬小時(shí)尚未出現(xiàn)故障。圖1-1艦載天線穩(wěn)定系統(tǒng)圖1-2姿態(tài)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)全球最大的艦載天線穩(wěn)定系統(tǒng)制造商美國(guó)SeaTel公司多年來一直致力于研發(fā)海

第1章緒論-3-艦船載穩(wěn)定平臺(tái)的研究對(duì)于國(guó)家海洋戰(zhàn)略有著重要意義，而當(dāng)前的艦船載穩(wěn)定平臺(tái)在實(shí)時(shí)控制、動(dòng)力學(xué)解算效率和控制響應(yīng)快速性和控制精度仍有較大提升空間。另外國(guó)外已有相應(yīng)的研究成果轉(zhuǎn)化為成熟產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)目前的大部分研究成果難以形成相關(guān)產(chǎn)業(yè)。因此為了研發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能艦船穩(wěn)定平臺(tái)，進(jìn)一步提高艦船載穩(wěn)定平臺(tái)動(dòng)力學(xué)解算效率和控制精度對(duì)于艦載機(jī)安全降落、保證艦船載衛(wèi)星通信系統(tǒng)穩(wěn)定跟蹤、激光武器發(fā)揮高性能、海上科考以及海上資源勘探人員安全輸送，增強(qiáng)國(guó)家綜合競(jìng)爭(zhēng)力有重要意義。1.2艦船穩(wěn)定平臺(tái)研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外對(duì)于艦船穩(wěn)定平臺(tái)研究開始較早。早期的穩(wěn)定方式對(duì)整個(gè)船體采取減搖的辦法，世界上第一個(gè)艦船減搖裝置于1904年由施里克研制出，該裝置能夠在一定的航速范圍內(nèi)有效減弱船體的搖蕩[6]，這種減搖裝置屬于艦船整體減搖，而穩(wěn)定平臺(tái)屬于局部減遙穩(wěn)定平臺(tái)早在100多年以前就被用于各種不同的運(yùn)載體上，目前國(guó)外用于雷達(dá)天線、光電系統(tǒng)、艦載武器的穩(wěn)定平臺(tái)多采用二、三軸串聯(lián)轉(zhuǎn)臺(tái)，用以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定姿態(tài)和快速跟蹤的目的[7]，比如美國(guó)海軍使用的BEI公司生產(chǎn)的QRS-10型石英音叉陀螺，WSC-6型衛(wèi)星天線通訊設(shè)備的穩(wěn)定系統(tǒng)，工作12萬小時(shí)尚未出現(xiàn)故障。圖1-1艦載天線穩(wěn)定系統(tǒng)圖1-2姿態(tài)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)全球最大的艦載天線穩(wěn)定系統(tǒng)制造商美國(guó)SeaTel公司多年來一直致力于研發(fā)海

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-4-上衛(wèi)星天線，推出過第一套Ku波段和C波段海上VSAT系統(tǒng)、“ConScan”（圓錐掃描）跟蹤天線系統(tǒng)以及Ka波段VSAT系統(tǒng)。SeaTel公司產(chǎn)品工作穩(wěn)定可靠，均通過美國(guó)海軍軍用產(chǎn)品性能測(cè)試，無論在海上遭遇任何惡劣天氣，都能保持天線平臺(tái)穩(wěn)定[8]。SeaTel公司的衛(wèi)星雙向天線系統(tǒng)設(shè)備的精度非常高，即使在船體側(cè)傾達(dá)到+/-25°，誤差也能控制在0.2°范圍內(nèi)[9]。由德國(guó)研制的iICSC-OFC穩(wěn)定平臺(tái)，主要用于攝像和天線的穩(wěn)定，性能優(yōu)良，承載能達(dá)到25Kg，橫搖和俯仰兩個(gè)方向的分辨率較高，精度能達(dá)到0.01°[10]。穩(wěn)定平臺(tái)還用于艦載紅外搜索跟蹤(IRST)系統(tǒng)，在西方國(guó)家中，法國(guó)的IRST系統(tǒng)研究起步最早，水平也最高[11]，法國(guó)SAGEM公司研制的新一代VAMPIRMB型IRST系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)360°偏轉(zhuǎn)和-20°~+45°俯仰，且精度達(dá)到1mrad，角速度為1.4r/s，可承載180Kg。美國(guó)Honeywell公司研制的姿態(tài)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)如圖1-2所示[12]，采用激光陀螺(RLG)技術(shù)，精度達(dá)到0.001°。隨著機(jī)構(gòu)學(xué)的發(fā)展，機(jī)構(gòu)的研究從單一開環(huán)運(yùn)動(dòng)鏈向多環(huán)封閉運(yùn)動(dòng)鏈方向發(fā)展。隨著并聯(lián)式機(jī)構(gòu)的問世，海上鉆井作業(yè)平臺(tái)、引橋裝置、裝卸作業(yè)平臺(tái)多為承載能力更高的并聯(lián)式機(jī)構(gòu)[13]。荷蘭BARGEMASTER公司研制的BM-T700型穩(wěn)定平臺(tái)如圖1-3所示，該平臺(tái)是一個(gè)模塊化的平臺(tái)，有效承載能力700噸，可以搭載直徑12米的起重機(jī)工作，可以補(bǔ)償高達(dá)2.5米的有效波高。荷蘭代爾夫特工業(yè)大學(xué)研制的海上人員安全輸送引橋裝置圖1-4所示，它使用并聯(lián)機(jī)構(gòu)領(lǐng)域比較經(jīng)典的Stewart結(jié)構(gòu)，能夠補(bǔ)償空間中所有自由度的運(yùn)動(dòng)。圖1-3BM-T700穩(wěn)定平臺(tái)圖1-4海上人員安全輸送引橋裝置
【參考文獻(xiàn)】

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2 ;船載衛(wèi)星天線的佼佼者(二)——Sea Tel公司[J];數(shù)字通信世界;2007年05期

3 ;船載衛(wèi)星天線的佼佼者(一)——Sea Tel公司[J];數(shù)字通信世界;2007年04期

4 李杰;于川;;航空母艦的艦載機(jī)著艦裝備[J];現(xiàn)代軍事;2006年10期

5 舒金龍,陳良瑜,朱振福,胡文智,宋波,李軍偉,車國(guó)鋒;國(guó)外紅外搜索跟蹤系統(tǒng)的研制現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J];現(xiàn)代防御技術(shù);2003年04期

6 叢培文;艦載衛(wèi)星通信系統(tǒng)[J];現(xiàn)代通信;1997年08期

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6 陳猛;基于DSP和模糊PID的穩(wěn)定平臺(tái)的設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

7 王芳菲;兩自由度穩(wěn)定平臺(tái)的控制策略分析[D];大連海事大學(xué);2009年

8 劉盛韜;燈光助降系統(tǒng)穩(wěn)定平臺(tái)的建模及仿真研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2885153