水火弯板成型智能支撑检测平台的研究与设计

摘要

近年随着军用船舰装备水平的不断提高和民用船舶市场竞争力的显著提升，船舶工业得到了飞速的发展。同时，为了应对造船量日益增长的需求，我国造船业正在全方位向数字化造船方向迈进，大力推进精益造船并加快信息化建设，旨在达到减少造船周期，显著提高造船效率并节约造船成本的目的。
　　船体外板曲面的成型加工是船舶制造的关键及重要环节之一，其成型质量的优劣对船舶整体制造有着重大影响。全世界范围内广泛使用水火弯板技术对船体外板进行加工，鉴于水火弯板加工环境十分恶劣，在水火交融的加工环境下难以对钢板水火加工面进行实时检测，选择对加工面的背面进行检测则缺乏船体外板支撑设备，并且考虑到支撑设备需要随着其水火加工过程中曲面变化而进行调整的过程具有复杂及非线性等特点，支撑设备控制系统难以建立精确的模型来解决定量调整的要求。针对上述需要解决的问题，本文通过搭建开放式的水火弯板成型智能支撑检测平台，在对该平台设计的基础上对支柱组的智能控制和检测数据采集进行研究，为船体外板在水火加工过程中的及时检测提供了有效的解决方案。本文主要工作有:
　　1.根据水火弯板智能支撑检测平台的控制和检测要求，搭建以运动控制器、PLC结合激光测距模块组、DSP为硬件平台的水火弯板成型智能支撑检测控制系统，设计系统总体方案以及硬件选型和硬件搭建，基于该平台的设计为后续智能控制策略研究打下基础。
　　2.为了让船体外板在数控支柱组上能灵活、平稳地进行水火加工以配合激光检测系统，提高检测精度，简化检测流程，提出一种支柱组智能控制算法，针对支柱高度调整过程难以建立精确数学模型的特点，在控制过程中融入模糊RBF神经网络控制方法，达到定量的对数控支柱组的各个支柱进行智能调整的目的。
　　3.为了在保证系统平台实时性、可靠性的基础上充分发挥平台硬件功能，结合平台软件功能需求的基础上，设计了水火弯板成型智能支撑检测平台系统软件，对数控支柱运动控制器软件，检测系统软件和上位机应用软件进行详细设计。
　　本文通过设计船体外板加工成型支柱组控制系统，用于水火弯板加工过程中，并融入激光扫描系统研究大曲率复杂曲面的检测方法，进而组合为水火弯板成型智能支撑检测平台，对相应控制算法进行研究，该支撑检测平台在船体外板水火加工检测过程中的效率和在克服恶劣的工业环境上有明显提升，为水火弯板加工过程中的板形检测提供了新的方向，具有一定工程应用的价值。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 本课题的研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 船体外板加工平台相关研究

1．2．2 多轴运动控制相关研究

1．2．3 船体外板成型检测方法相关研究

1．3 课题来源及本文主要研究内容

1．3．1 课题来源

1．3．2 本文研究内容及创新点

1．4 论文结构

第二章 智能支撑检测平台总体方案设计及技术要求

2．1 背景介绍

2．2 智能支撑检测平台总体方案

2．2．1 数控支柱组设计

2．2．2 板形扫描检测装置设计

2．3 水火弯板成型智能支撑检测系统控制及检测要求

2．3．1 数控支柱组控制要求

2．3．2 水火弯板成型检测要求

2．4 本章小结

第三章 智能支撑检测系统硬件平台搭建

3．1 数控支柱组控制系统硬件组成

3．1．1 支柱组运动控制系统

3．1．2 支柱组交流伺服系统

3．1．3 PLC控制系统

3．2 数据采集检测系统硬件设计

3．2．1 数字测距模块

3．2．2 数据采集处理主控单元

3．2．3 检测硬件电路主要模块设计

3．3 本章小结

第四章 基于模糊神经网络的支柱组智能控制

4．1 数控支柱组联动过程分析

4．2 支柱控制标准

4．3 基于模糊RBF神经网络的支柱高度智能控制方法

4．3．1 单个支柱控制过程分析

4．3．2 模糊控制和神经网络的基本理论介绍

4．3．3 支柱高度调整模糊RBF神经网络建模

4．3．4 神经网络训练

4．4 支柱组智能控制过程

4．5 本章小结

第五章 智能支撑检测平台软件设计

5．1 数控支柱组运动控制器软件设计

5．2 检测系统软件设计

5．2．1 DSP软件设计

5．2．2 CAN总线通信模块程序设计

5．3 上位机应用程序设计

5．3．1 上位机软件需求分析及设计要求

5．3．2 上位机软件关键模块设计

5．4 本章小结

第六章 实验分析

6．1 实验平台

6．2 实验测试

结语与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及申请的专利

攻读学位期间参加的科研项目

声明

致谢