大负载减张力收放系统控制研究

摘要

张力绞车是海洋平台中使用非常广泛的起重拖曳设备，其特点是:承载负载非常大，在启动、加速、减速等动态过程中，缆绳张力存在大幅的震荡，稳定性较差，存在很大程度上的安全隐患，且缆绳上的大张力严重影响排缆效果。因此如何能够使系统在工作过程中保证缆绳张力的稳定，有效地进行排缆是目前绞车系统研究的重点。
　　针对上述问题，结合实际需求，论文以大惯性负载绞车系统为研究对象，通过理论分析对目前绞车系统的机械结构进行改进设计，以实现缆绳对大张力的释放。设计液压控制方案，通过数学建模、软件仿真的方法分析系统动态性能，设计合理的控制策略对控制系统进行优化。
　　论文首先分析、总结了现有的张力绞车的类型及控制方式，在分析了各种控制方式特点、应用场合的基础上提出了本课题适用的液压控制方案。并根据实际任务需求，分别从张力控制、速度调节两个方面对系统进行优化设计。
　　针对优化后的控制系统，在软件中建立液压模型进行仿真，通过仿真结果，分析系统动态性能，在此基础上提出PID控制策略，通过设计对PID不同参数的具体调节方案，提高系统控制精度及系统响应时间。
　　最后，文章针对张力收放系统中的研究重点张力控制、速度调节进行实验验证。在实验过程中，通过不断调整控制参数对系统的控制方案、控制策略进行进一步的完善。实验证明，张力收放系统可较好的实现张力、速度的调节，具有较高的控制精度，较好的动态性能。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 张力绞车的应用及发展现状

1．1．1 张力绞车的应用

1．1．2 张力绞车的分类

1．1．3 张力绞车系统发展趋势

1．2 张力绞车排缆方式研究

1．3 研究主要内容与意义

1．3．1 研究的主要内容

1．3．2 研究的意义

1．4 文章结构安排

第2章 张力收放系统及控制方案设计

2．1 张力收放系统的基本构成和工作原理

2．2 张力收放系统液压驱动方式的选择

2．2．1 液压马达驱动系统基本形式

2．2．2 液压系统基本控制方式

2．3 储缆绞车液压驱动方案设计

2．3．1 储缆绞车液压系统基本方案设计

2．3．2 储统绞车最简系统动态性能分析

2．3．3 储缆绞车液压系统控制方案优化

2．4 张力释放绞车液压系统控制方案优化

2．4．1 应急安全性优化

2．4．2 张力释放绞车液压系统速度调节优化

2．5 张力收放系统数学建模

2．5．1 负载回收过程张力收放系统数学模型建立

2．5．2 负载释放过程张力收放系统数学模型建立

2．6 液压系统仿真

2．6．1 张力控制仿真

2．6．2 速度控制仿真

2．7 本章小结

第3章 张力释放装置设计及研究

3．1 张力释放装置结构设计

3．1．1 张力系统分析

3．1．2 结构设计

3．2 张力释放装置数学建模

3．3 自排缆机构设计

3．3．1 排缆装置的功能分析

3．3．2 自动跟随排缆方案设计

3．3．3 自动跟随排缆控制方案

3．4 本章小结

第4章 控制策略研究

4．1 PID控制原理

4．1．1 传统PID控制

4．1．2 增量式PID控制

4．2 张力释放系统速度PID控制

4．2．1 变增益PID控制

4．3 储缆系统张力控制策略

4．4 本章小结

第5章 张力收放实验平台建立及实验验证

5．1 张力收放绞车实验系统

5．1．1 液压系统

5．1．2 排缆机构设计

5．1．3 电气控制系统

5．2 实验结果分析

5．2．1 常规PID控制实验

5．2．2 储缆绞车系统张力控制实验

5．2．3 张力释放绞车系统速度控制实验

5．2．4 张力收放系统联合控制实验

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 研究展望

参考文献