多卷筒海洋拖曳绞车集成控制系统研究

摘要

多卷筒海洋拖曳绞车是海洋拖曳系统中的重要工程装备，在海洋学研究和海洋资源勘探中有着重大作用。本文针对多卷筒拖曳绞车需使用大量执行器驱动多个卷筒收放的特点，结合当前工程机械控制系统的发展现状提出了一套自动化、智能化的集成控制方案，对多卷筒绞车的控制具有较高的学术研究和工程应用价值。
　　本文围绕集成控制系统的软硬件开发和控制算法研究而撰写，同时设计了集成控制系统的离线调试平台，主要内容包括:
　　(1)硬件系统的模块化设计。以32位微控制器STM32F103ZET7芯片为核心设计硬件系统的主控单元，主控单元和多个带单片机系统的功能模块共同完成集成控制系统的输入输出和通信功能。
　　(2)软件系统的设计。提出了软件系统的整体架构和软件的总体流程，完成了主控单元和其他功能模块的微机系统的软件设计，设计了基于触摸屏的人机交互系统。
　　(3)拖曳绞车的控制算法研究。通过仿真和实验的方法用PID和模糊控制算法对拖曳绞车上平衡头架和排缆机构工作过程中的闭环控制进行了研究。
　　(4)集成控制系统离线调试平台的研究。设计了调试平台的上位机和下位机，对研制的集成控制系统进行了流程化的软硬件功能测试。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 海洋拖曳系统及拖曳绞车

1．2 电液比例系统的集成控制研究现状

1．2．1 电液比例系统的控制方案

1．2．2 电液比例系统的集成控制在国内外发展现状

1．3 课题研究意义

1．4 论文的工作和内容安排

第二章 多卷筒拖曳绞车的结构功能分析

2．1 多卷筒拖曳绞车的机械结构

2．2 拖曳绞车的功能系统

2．2．1 卷筒速度控制系统

2．2．2 卷筒收放排缆系统

2．2．3 同步收放系统

2．3 本章小结

第三章 集成控制系统的硬件设计

3．1 集成控制系统总体结构设计

3．2 主控单元及外围电路硬件设计

3．2．1 主控单元芯片选型分析和资源分配

3．2．2 时钟系统和看门狗复位电路

3．2．3 外扩数据缓存电路

3．3 系统电源的设计

3．4 通讯转接模块电路设计

3．5 高速数据采集模块设计

3．6 开关量控制模块设计

3．7 DA输出模块设计

3．7．1 多路DA控制及串行D／A转换

3．7．2 电流、电压转换电路

3．7．3 PWM比例放大电路设计

3．8 本章小结

第四章 集成控制系统的软件设计

4．1 基于需求的软件功能定义

4．2 软件系统的总体设计

4．3 软件接口设计

4．3．1 外部接口通信设计

4．3．2 内部接口通讯设计

4．4 主控单元软件设计

4．4．1 主控单元软件总体流程

4．4．2 主控单元软件的初始化设置

4．4．3 多个比例阀输出的软件控制

4．5 本章小结

第五章 头架调平及卷筒排缆控制算法的研究

5．1 头架调平系统控制研究

5．1．1 头架调平系统数学模型

5．1．2 增量式数字PID控制算法

5．1．3 仿真与实验结果

5．2 卷筒的排缆控制研究

5．2．1 卷筒排缆的控制流程

5．2．2 排缆的模糊控制算法

5．2．4仿真与实验

5．3 本章小结

第六章 集成控制系统的离线调试平台研究

6．1 硬件系统的调试平台搭建及调试

6．1．1 基于C++Builder的PC上位机软件设计

6．1．2 下位机测试软件设计

6．1．3 硬件系统调试实验

6．2 软件系统的功能调试

6．3 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 论文工作总结

7．2 工作展望

参考文献

作者简介