海上起重机波浪补偿系统研究

摘要

海上起重机是海洋工程中最常用的工程船舶，波浪环境下吊钩的危险摆动直接影响其工作效率，因此，研究适用的波浪补偿系统对吊钩摆动进行补偿具有重要的实际意义。本文首先建立了吊钩系统运动模型，对吊钩波浪诱导运动进行了频域、时域和瞬态响应分析，得出各种工况下吊钩的运动规律。从吊钩角度入手，提出了吊钩波浪补偿系统方案，以主动调谐质量阻尼器(ATMD)作为主要组件直接控制吊钩的摆振。设计研究了该系统的具体结构、控制参数和控制算法，并通过数值仿真的方法对摇摆补偿的效果进行了评价分析，结果表明该方案能有效抑制吊钩的摆振，线性二次型(LQR)算法可作为此控制过程的主动控制算法。从起重机底座入手，提出了底座波浪补偿系统方案，利用自动调平支承底座补偿船体摇摆对起重机的影响，间接控制吊钩的危险摆振，并通过模型实验对该方案进行了有效性验证。设计了具有双层台架结构的实验模型，采用可编程逻辑控制器(PLC)控制器控制比例阀驱动液压缸等比例伸缩，实现台架底层模拟波浪、上层自动补偿调平的功能。最后利用建造完成的实验模型开展了横摇补偿实验和纵横摇叠加补偿实验，实验结果显示：对模拟甲板±10°的摇摆状态，补偿系统都能将补偿平台控制在倾斜±1.5°范围内。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1论文背景及意义

1.2波浪补偿装置

1.3国内外研究现状

1.3.1起重机波浪补偿技术

1.3.2陆地调平技术

1.4本文研究目的及主要内容

1.4.1本文研究目的

1.4.2本文主要内容

第二章吊钩波浪诱导运动分析

2.1模型描述及运动方程

2.2频域响应分析

2.2.1系统传递函数

2.2.2计算结果

2.3时域响应分析

2.3.1系统时域方程

2.3.2计算结果

2.4瞬态响应分析

2.5小结

第三章 吊钩波浪补偿系统研究

3.1分析吊钩摆振计算模型

3.2补偿方案确定

3.3 吊钩波浪补偿系统结构设计

3.3.1新型ATMD装置设计

3.1.2作动器传动设计

3.4数学模型建立

3.4.1补偿系统运动方程

3.4.2被动TMD参数设计

3.4.3主动ATMD系统模型

3.4.4主动控制算法

3.5补偿效果分析

3.6结论

第四章底座波浪补偿系统研究

4.1底座波浪补偿系统

4.2实验装置设计

4.2.1装置结构设计

4.2.2装置液压原理设计

4.2.3模型检测控制设计

4.3模型实验

4.3.1横摇实验

4.3.2纵横摇叠加实验

4.4小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢