船用吊艇架减摆机理建模与控制研究

摘要

刚性连接的船用吊艇架与船用起重机类似,是用于海上进行小艇释放、回收作业的重要装置。但是当吊艇架进行小艇释放、回收作业时,海浪、海风等扰动因素引起的母船摇摆会通过吊艇架转移到吊点,引起摇臂下小艇的大幅度摆动,这不仅会导致小艇及设备的受损,甚至可能会导致人员的伤亡,因此,对吊艇架海上释放、回收小艇过程中小艇的摆动机理及其减摆控制技术进行分析研究,提高吊艇架可承受的作业海况及其系统的安全可靠性具有重要的现实意义。
　　 本论文在查阅了国内外相关文献的基础上,采用坐标变换方法,对动态条件下母船摇摆到吊艇架端头摆动之间的传递关系进行了深入的分析研究,利用正向原理与逆向原理,建立了母船摇摆与吊点摆动之间的运动传递模型。在此基础上,以摇臂上部吊点运动对摇臂引起的扰动力作为输入,运用拉格朗日方程建立了吊艇摆动的动力学模型,并对影响吊艇摆动的因素进行了深入分析。建立了仿真分析模型,并进行了仿真分析研究,得到了影响小艇摆动的主要因素。
　　 最后,在分析了基于液压缸的刚性连接吊艇架减摆原理与动力机构模型的基础上,以液压缸减摆补偿量为控制输入,采用神经元网络,分析设计了吊艇架主动式减摆控制策略,并对控制器的稳定性进行了分析研究,在此基础上,对基于神经元网络的吊艇架减摆控制策略进行了仿真,通过与传统PID控制仿真进行对比结果显示,该控制器能够较好减少小艇的摆动。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 船用吊艇架减摆研究的意义

1.2 国内外船用吊艇架的发展状况

1.3 吊艇架减摆技术的相关研究

1.3.1 吊艇架减摆问题的提出

1.3.2 常见的减摆机构

1.3.3 主动式减摆理论的研究

1.3.4 国内相关的研究存在的问题

1.4 本论文的主要内容

第2章 船用吊艇架的减摆分析与建模

2.1 船用吊艇架的选择及减摆分析

2.1.1 船用吊艇架的选择

2.1.2 吊艇架的减摆分析

2.2 船用吊艇架坐标系的建立

2.3 船用吊艇架的运动建模

2.3.1 静止条件下的转换关系

2.3.2 波浪条件下减摆运动学模型的建立

2.4 吊艇摆动动力学建模

2.4.1 吊艇摆动的分解

2.4.2 动力学模型的建立

2.5 本章小结

第3章 基于船用吊艇架模型的仿真与分析

3.1 规则波条件下吊艇架机构摆动角度的仿真分析

3.1.1 横摇运动吊艇架摆动角度的分析

3.3.2 纵摇运动吊艇架摆动角度的分析

3.3.3 横摇与纵摇运动吊艇架摆动角度的分析

3.2 规则波条件下吊艇架机构位置的仿真分析

3.2.1 横摇运动对吊艇架机构的影响

3.2.2 纵摇运动对吊艇架机构的影响

3.2.3 横摇与纵摇运动对吊艇架机构的影响

3.3 规则波条件下小艇摆动的仿真分析

3.4 本章小结

第4章 基于神经元网络的船用吊艇架减摆控制器设计与应用

4.1 刚性连接吊艇减摆机构分析与建模

4.1.1 吊艇架刚性连接减摆原理

4.1.2 减摆动力机构

4.1.3 液压伺服系统建模

4.1.4 PID控制系统仿真

4.2 船用吊艇架神经元网络控制器的研究与应用

4.2.1 单神经元群控制器的设计

4.2.2 船用吊艇架单神经元群控制器的稳定性分析与应用

4.3 神经元网络控制系统仿真

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢