虚拟海浪环境下船舶起重机吊钩消摆控制研究

摘要

近年来，船舶起重机在海上运输和经济建设中发挥越来越重要的作用，但在不稳定海面或复杂的环境下工作时常常引起吊钩大幅摆动。这不但给起重机工作带来安全隐患，还影响其工作效率。随着海运货物种类的增加和人们对安全性要求的提高，起重机吊钩摆动控制系统的研究也越来越受到重视。
　　基于上述背景，以实验室2吨3米液压起重机的操作控制为研究对象，对船舶起重机在虚拟海浪环境下进行仿真，研究吊钩摆动的消摆控制系统。首先，设计了由液压系统驱动的六自由度平台来模拟海洋中船舶甲板的运动；在UG三维软件环境中对六自由度平台进行零件设计，模型装配，导入ADAMS软件进行运动学仿真，采用AMESim软件建立平台液压驱动系统模型与ADAMS平台模型进行联合仿真，其中利用闭环PID对油缸运动控制；其次，将甲板运动模拟平台与2吨3米液压起重机模型合成，建立完整的船舶运动下船舶起重机模型实现在虚拟海浪环境下起重机的操纵控制联合仿真；第三，对吊钩坐标进行转换来实现在甲板运动情况下吊钩的面内、面外角的测量，然后对吊钩在甲板静止和甲板运动时的摆动情况进行仿真从而比较吊钩面内、面外角变化；最后，采用拉格朗日方程建立船舶起重机吊钩摆动的动力学方程，在动力学方程基础上采用延迟反馈控制器分别在甲板静止、横摇、纵摇、垂荡等情况下，对吊钩进行消摆控制研究。研究结果表明：设计的六自由度平台能够很好的模拟船舶的横摇、纵摇、垂荡等运动；在没有虚拟船舶运动的情况下，延迟反馈控制器对吊钩消摆作用明显，而在具有虚拟船舶运动的情况下，如在模拟横摇、纵摇和垂荡时延迟反馈控制器对吊钩的摆动也能起到一定的抑制作用。
　　本文所做工作为进一步深入研究船舶起重机的吊钩消摆控制奠定了一定的理论基础。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 船舶运动模拟平台虚拟设计

2.1 虚拟样机技术

2.2 六自由度船舶运动模拟平台设计

2.3 六自由度船舶运动模拟平台机械模型建立

2.4 六自由度船舶运动模拟平台液压系统模型建立

2.5 六自由度船舶运动模拟平台联合仿真

2.6 本章小结

第3章 基于船舶运动模拟平台的起重机仿真

3.1 实验室船舶液压起重机

3.2 船舶运动模拟平台及液压起重机模型合成

3.3 虚拟船舶运动状态下起重机操作及吊钩运动仿真

3.4 本章小结

第4章 船舶起重机吊钩消摆控制

4.1 吊钩摆动系统的动力学模型

4.2 时间延迟反馈控制器的设计

4.3 船舶起重机吊钩摆动控制仿真

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献