起重船吊物动力响应及主动控制研究

摘要

随着社会的进步，人类活动的范围越来越广，生产能力越来越强，随之而来的问题就是资源的大量消耗。陆上资源和空间已难以满足社会发展的需求，世界各国越来越重视海底资源的开发。作为重要的海洋工程船舶，起重船有了广阔的用武之地。因为起重船在不稳定的海面上工作，复杂的环境荷载常常引起起重船的大幅运动，进而引起吊物出现升沉和摆动。这不但给起重船工作带来安全隐患，还影响其工作效率，工期难以预期。因此，准确的得到吊物的动力响应，分析其影响，并实施主动控制是起重船设计中的关键任务。
　　基于起重船实际工作中遇到的问题，本文以多体动力学为基础，建立了起重船的动力学模型。模型中主要涉及臂架的变幅、回转以及吊索的起升运动。应用龙格-库塔方法求解动力方程。选取某大型起重船作为计算模型，使用本文研究的方法，重点分析由船体运动引起的吊物系统动力响应。选取PID控制，建立受控系统的数学模型。运用MATLAB编程，调节PID控制器的相关参数，减小吊物系统的动力响应，实现对吊物的主动控制。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的背景和意义

1．2 起重船简介

1．2．1 海洋浮式起重机的功能及系统组成

1．2．2 起重船的分类和特点

1．3 起重船设计中的力学问题

1．4 国内外研究现状

1．4．1 国外发展现状

1．4．2 国内发展现状

1．5 控制理论简介

1．6 本文主要工作

2 起重船动力模型的建立

2．1 船体运动的计算

2．1．1 船体的六自由度运动

2．1．2 计算选用的海况条件

2．2 起重船系统的运动方程

3 起重船吊物系统的动力响应

3．1 起重船受力分析

3．2 起重船几何参数

3．3 吊物的动力响应

4 控制系统的设计与数值仿真

4．1 控制理论简介

4．1．1 控制理论的发展

4．1．2 PID控制的基本原理

4．1．3 PID控制在工业界的应用

4．2 吊物控制系统的建立

4．3 控制系统的设计

4．4 控制系统数值仿真

4．4．1 选定转盘控制器比例系数kp1

4．4．2 选定吊索控制器比例系数kp3

4．5 控制效果及评价

结论

参考文献

附录A 部分计算程序

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢