铺管船用电动张紧器系统动态建模与仿真研究

摘要

张紧器系统是与铺管船配套的关键设备，其动态行为直接影响整个海上铺设作业，目前，铺管船上采用的张紧器装置按照驱动方式可以分为两大类：一类是电动的，一类是液压式的，两者各有其优点，并成熟地应用于各种船舶上。目前，国内对于铺管船用液压式张紧器装置已经有了一些研究，但是对于铺管船用电力拖动张紧器的研究却很少。本文针对张紧器系统工作在恶劣环境的实际情况，应用功率键合图和Matlab/Simulink对电力拖动张紧器系统的动态行为特性进行研究。主要完成了以下几个方面的工作： 对张紧器系统的总体设计进行了分析研究，详细的探讨了整个张紧器系统结构、功能和张紧器系统的工作原理。 在对张紧器各子系统工作特性研究的基础上，利用键合图建模技术建立了电动机、速度合成器、减速器和履带板等子系统的动态数学模型。同时根据各子系统相互作用关系建立了张紧器系统的动态数学模型。 利用张紧器各子系统动态数学模型，建立各子系统的Simulink模块，通过各子系统相互作用关系建立了整个张紧器系统的Simulink模型。在此基础上，完成了张紧器系统的动态仿真，并分别对张紧器系统在无干扰和有干扰的作用下系统的动态响应进行了分析。通过对仿真结果的分析比较，证实了张紧器系统动态模型的有效性。 本文成功的实现了电力拖动张紧器系统的动态建模与仿真，其研究成果为指导电力拖动张紧器系统的研制、改进和优化工作奠定了良好的理论基础，具有广泛的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1铺管船用张紧器装置的国内外研究发展与现状

1.2电力拖动系统动态建模与仿真技术

1.2.1电力拖动系统建模方法概述

1.2.2电力拖动系统仿真技术

1.3选题的意义和背景

1.4本文主要研究工作

1.5本文组织安排

2铺管船用张紧器系统总体设计

2.1张紧器系统总体结构与工作原理

2.1.1张紧器系统结构设计

2.1.2张紧器系统工作原理

2.2张紧器电力拖动系统

2.2.1张紧器电力拖动系统功能

2.2.2电力拖动张紧器系统方案的确定

2.2.3张紧器电力拖动系统工作原理

2.3本章小结

3建模与仿真技术理论基础

3.1功率键合图理论基础

3.1.1概述

3.1.2键合图理论在电力拖动系统中的应用

3.1.3键合图基本构成元素

3.1.4电力拖动系统键合图模型的建立

3.1.5功率键合图的几个技术问题

3.2 Matlab/Simulink仿真技术

3.2.1 Matlab/Simulink在仿真中的应用

3.2.2 Matlab/Simulink仿真中的几个技术问题

3.3本章小结

4张紧器电力拖动系统的数学模型

4.1张紧器电力拖动各子系统的动态模型

4.1.1电动机数学模型

4.1.2速度合成器键合图模型

4.1.3减速器的键合图模型

4.1.4履带板键合图模型

4.2电力拖动张紧器系统的动态模型

4.2.1张紧器电力拖动系统功率键合图

4.2.2张紧器电力系统的数学模型

4.3数学模型中各参量的处理

4.3.1基本参数的处理

4.3.2约束条件的处理

4.4本章小结

5张紧器各子系统simulink图及其封装

5.1张紧器各子系统的Simulink模块图

5.1.1电动机子系统的Simulink模块图

5.1.2速度合成器子系统的Simulink模型

5.1.3减速器子系统Simulink模型

5.1.4履带板子系统Simulink模型

5.2张紧器控制环节

5.2.1常用的数字PID控制系统

5.2.2张紧器控制环节的Simulink模块

5.3本章小结

6张紧器系统动态仿真研究

6.1张紧器系统动态模型

6.2张紧器系统动态仿真

6.2.1张紧器系统在没有干扰下的动态特性

6.2.2外界干扰对张紧器动态特性的影响

6.3本章小结

7结论与展望

7.1全文研究工作总结

7.2进一步工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢