拖轮液压拖缆机负荷控制系统的研究

摘要

进入21世纪，海洋逐渐成为全球石油勘探的重要领域，更多地从海洋开发石油，已成为中国石油发展的新战略之一。三用拖轮是海洋石油开采的重要参与者，目前国内三用拖轮的液压拖缆机还是采用手动操作，没有对液压拖缆机的参数进行实时监控，存在安全隐患。因此，可以在原来的控制系统基础上进行一些改进，嵌入一种具有自动释放缆绳、液压油温度自动调节和缆绳张力过载自动保护功能的负荷控制系统，以提高拖缆机的自动化程度和安全性能。 本文分析了液压拖缆机结构组成及工作原理，建立了拖缆机电液速度伺服系统的数学模型。针对被控对象具有大滞后、非线性的特点，控制方法选用模糊控制算法。 拖缆机负荷控制系统采取了上下位机结构。上位PC机采用VisualBasic软件编写负荷控制系统的监控界面。在监控界面上可以直接操纵拖缆机，另外监控界面具有实时显示拖缆机的工况参数、参数越限报警以及修改参数报警上下限、修改串口通信参数的功能。 下位机采用单片机，完成拖缆机工作参数的采集和显示，同上位机进行串口通信，以及输出对拖缆机的控制。根据实现功能将下位机硬件分为A/D转换电路、LCD显示电路、串口通信电路、输出控制电路。下位机软件采用C语言编写，软件程序采用模块化结构，按硬件实现的功能编写程序模块。并依据Mamdani算法离线计算得到模糊控制表，设计了模糊控制算法程序。 使用MATLAB软件设计液压拖缆机模糊控制系统的仿真模型，对仿真模型进行阶跃信号、方波信号、正弦信号的响应试验；并且引入干扰信号，观察控制器抗干扰的性能。仿真结果表明模糊控制应用于本系统具有无超调，稳态误差小，稳定性好以及对模型的适应性强的特点，可以满足系统的稳定性要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究拖轮液压拖缆机负荷控制系统的意义

1.1.1液压拖缆机的工作环境

1.1.2研究拖轮液压拖缆机负荷控制系统的意义

1.2拖缆机的发展历史

1.3本文的主要研究内容

第2章拖缆机的组成和速度控制系统模型

2.1拖缆机的结构组成和工作原理

2.2液压拖缆机速度伺服系统的结构

2.2.1液压拖缆机的结构

2.2.2液压拖缆机系统主要器件的参数

2.3速度伺服系统的数学模型和传递函数

2.3.1基本流量方程

2.3.2液压马达传递函数推导

2.3.3伺服阀传递函数

2.3.4放大器及转速传感器传递函数

2.3.5速度伺服系统的传递函数

2.4本章小结

第3章负荷控制系统的组成和硬件电路

3.1控制系统实现的功能

3.1.1负荷控制系统的结构和组成

3.1.2液压拖缆机负荷控制系统的工作原理

3.1.3系统选用的控制方式

3.2硬件器件的选择

3.2.1单片机芯片的选择

3.2.2传感器的选择

3.2.3 A/D转换芯片的选择

3.3稳压直流电源电路

3.4信号调理电路

3.5模数转换电路

3.5.1模数转换电路的设计

3.5.2模数转换的工作过程

3.6 LCD显示电路

3.6.1显示接口电路的设计

3.6.2显示接口电路的工作过程

3.7串口通信电路

3.8输出控制电路

3.8.1继电器电路的设计

3.8.2 PWM驱动电路的设计

3.9本章小结

第4章下位机的软件设计

4.1单片机的开发环境

4.2单片机编程语言的选择

4.3基本程序

4.3.1工程的创建

4.3.2数据采集模块

4.3.3数据处理模块

4.3.4LCD模块

4.3.5串口通信模块

4.4输出控制程序

4.4.1系统自动保护模块

4.4.2电液伺服阀驱动模块

4.5模糊算法程序

4.6本章小结

第5章负荷控制系统的监控界面

5.1登录界面

5.2主操作窗口

5.2.1主操作窗口的操作

5.2.2报警功能

5.3参数修改窗口

5.3.1参数设定窗口

5.3.2串行属性窗口

5.3.3报警窗口

5.4本章小结

第6章模糊控制器的设计和仿真

6.1模糊控制器结构

6.2模糊控制规则

6.3模糊控制器的设计

6.3.1编辑隶属函数

6.3.2编辑模糊规则

6.3.3建立模糊查询表

6.4液压系统的仿真

6.5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