水下运载器智能对接装置控制系统的研究

摘要

水下运载器智能对接装置是水下救生的主要装备。水下对接技术是水下运载器实施救生的关键技术。论文主要研究了水下运载器智能对接装置与目标环的对接方案，就机械手与对接目标环抓取时的状态进行了运动学分析，对调整过程中的机械手进行了动力学分析和计算。对机械手的结构及其液压系统进行了研究，对智能对接装置的作业空间进行了分析，论证了机械手主动抓取目标环对接方案的可行性。　　设计了基于可编程控制器(PLC)的控制系统，利用其成熟的硬件基础，功能齐全的控制模块来完成水下智能对接作业任务。并完成了智能对接装置所有硬件的调试，设计了漏水检测电路。　　设计了基于组态软件的监控系统，采用组态软件对水下运载器智能对接装置进行实时监控，用C语言与SQL函数编写了监控界面，其中包括与EXCEL的数据交换、实时报表、历史曲线、与数据库Access的连接、实时报警等。实现了在组态软件监控系统的控制界面上实时显示对接信息，完成了控制系统硬件、软件的调试实验。　　进行了对接装置的陆上模拟实验，实现了对四只机械手协调运动的控制，监控系统实时显示的信息与智能对接装置的实际运动状态相吻合。

目录

文摘

英文文摘

哈尔滨工程大学学位论文原创性声明

第1章绪论

1.1课题的研究背景、目的及意义

1.2国内外发展现状、水平与发展方向

1.3对接救生装置方案及对接过程分析

1.4水下对接中的基本技术

1.4.1水下对接与空间对接的比较

1.4.2水下作业环境对对接装置的要求

1.5 PLC与组态王应用技术的概述

1.6课题主要研究工作

第2章对接系统的总体方案分析

2.1对接装置的总体构成

2.2对接过程的分析

2.2.1结构尺寸计算

2.2.2对接方案的可行性分析

2.2.3对接装置运动自由度分析

2.2.4机械手捕捉作业空间分析

2.3机械手与对接目标环空间位置的分析

2.4双手协调的动力学分析

2.4.1机械手的拉格朗日方程

2.4.2机械手的雅可比矩阵

2.4.3主从手协调运动的回路约束方程

2.5本章小结

第3章智能对接装置液压系统组成

3.1引言

3.2液压系统的构成

3.2.1三相异步交流电动机

3.2.2水压力补偿器

3.3机械手上的传感器选用

3.4控制系统的硬件结构

3.4.1 PLC与上位机的通讯

3.4.2控制系统中PLC各功能模块

3.5液压系统的设计

3.5.1 PLC对三相异步电动机的控制

3.5.2 PLC对阀控液压系统的控制

3.5.3漏水检测电路

3.6本章小结

第4章PLC程序设计和组态王监控系统

4.1引言

4.2控制过程概述

4.2.1 I/O分配情况

4.2.2 CPU的工作流程以及时间计算

4.2.3 CX-Programmer2.0软件

4.3 PLC的程序设计

4.3.1对接方案下各程序段设计

4.3.2平移式平均值滤波法

4.4智能对接装置的监控系统

4.4.1总述

4.4.2课题中组态王的应用

4.4.3组态王与PLC的通讯

4.5对接过程的实时监控

4.5.1液压系统的实时监控

4.5.2对接过程信息的处理

4.6本章小结

第5章智能对接装置的的实验

5.1引言

5.2实验系统组成

5.3系统的调试

5.3.1液压缸性能的测试

5.3.2执行机构响应时间的实验

5.3.3传感器的调试

5.4陆上模拟对接实验

5.5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