采用液压驱动的主动升沉补偿模型控制研究

当前,船舶在海面上生产时,容易受到海水激励波形的干扰,导致船舶运动上下波动,不能很好地满足海底探测任务.对此,创建了船舶液压升沉主动补偿系统简图模型,给出了液压升沉补偿的工作过程,分析了PID控制器和模型预测控制器,设计了液压升沉主动补偿系统并联控制器.设定期望运动轨迹,采用MATLAB软件对船舶运动轨迹跟踪误差进行仿真,分别与改进前两种控制方法输出误差对比.结果显示:随着缆绳长度的增加,控制系统响应时间就会延长,补偿精度也会降低,但是并联控制器跟踪误差始终优于PID控制器和模型预测控制器,克服了传统控制系统响应的滞后性.采用并联控制器,能够自适应调节液压升沉主动补偿系统,降低海水波形对船舶运动的影响,提高船舶在海面行驶的稳定性和安全性,更好的满足海底探测任务.     

电驱动海洋绞车主动升沉补偿自抗扰控制系统

针对电驱动海洋绞车主动升沉补偿系统非线性时变的特点,提出了基于自抗扰控制（ADRC）的电驱动海洋绞车主动升沉补偿控制系统。首先对电驱动海洋绞车系统进行动力学分析,然后建立电驱动海洋绞车数学模型,进而建立主动升沉补偿自抗扰控制系统的仿真模型,并进行仿真分析。在不同海况、不同下放深度、不同缆绳直径和不同重物质量等情况下对该系统进行仿真,并与PID控制器进行比较,结果表明：当海况和电驱动海洋绞车控制系统模型参数发生变化时,控制器参数保持不变的情况下,自抗扰控制器仍然能保持良好的动态性能,比PID控制器具有更快的响应速度、更强的鲁棒性和抗干扰能力。     

沉船同步提升升沉补偿试验平台设计及联合仿真

以“畅通轮”尾端打捞为例,提出了沉船同步提升液压升沉补偿试验平台的结构,搭建了模拟沉船同步提升升沉补偿试验平台;针对其中的二自由度升沉补偿平台,对其进行了运动学反解,搭建了基于运动学控制的Simulink模型;结合阀控缸伺服控制系统实现了二自由度平台对波浪运动的模拟,并搭建了整个运动控制及升沉补偿控制系统的模型;通过ADAMS与MATLAB的联合仿真,验证了该二自由度平台升沉补偿控制系统的运动控制能力和动态响应能力,并对比补偿前后的升沉平台位移,证明了该系统良好的补偿特性。     

基于预报误差补偿的液压弯辊预测控制策略的研究

针对轧机液压弯辊板形控制系统滞后、非线性和时变等特性，提出了一种基于广义预测控制的液压弯棍板形控制方案。利用时间序列预报策略，建立了弯辊控制系统未来输出误差预报模型。对预测控制算法进行了改进，将预测的输出误差作为预测控制的补偿校正量，提高了系统的抗干扰能力。利用预测信息修正控制量来减小系统为实现快速性而产生的超调，从而提高系统的控制精度。仿真结果验证了算法的优越性。     

基于Amesim对起重机二次控制主动波浪补偿系统仿真

基于实际需求,对起重机二次控制主动波浪补偿系统进行了仿真。基于一型起重机,对其二次控制主动波浪补偿系统的分析、计算和设计,应用仿真软件Amesim建立起重机各子系统的数学模型,对各子系统进行仿真分析和优化选型,确认其液压系统元件参数。应用仿真软件Amesim建立整机仿真模型并进行仿真研究,使其在4级的作业海况下,满足升沉方向补偿精度达到95%,为起重机二次控制系统的液压元器件选型提供理论依据,也为起重机系统设计及应用提供依据。该研究得出的起重机补偿技术能补偿风浪、洋流等复杂海洋环境成的升沉方向上的运动,保证海上补给和精密设备吊装的安全性。     

液压绞车主动升沉补偿控制研究

对水下机器人铠缆收放绞车进行主动升沉补偿控制,可以提高水下机器人作业和收放的安全性能.该文建立了液压绞车的主动升沉补偿控制模型,通过测量母船升沉运动进行主动升沉补偿控制,并采用了前馈控制器以提高液压绞车的响应速度.试验表明,液压绞车主动升沉补偿前馈控制可以得到较高的水下机器人升沉补偿效率.     

船舶起重机半主动升沉补偿控制特性研究

针对大吨位波浪补偿系统响应滞后导致的位置补偿不足的问题,提出船舶起重机半主动升沉补偿系统补偿控制方法,即当系统工作于半主动升沉补偿工况时,采用多状态反馈的复合控制方法实现对负载升沉运动的高精度补偿,建立复合液压缸、活塞蓄能器、比例阀组成的补偿控制系统数学模型,并考虑速度、加速度反馈和船舶升沉速度前馈,进行仿真与实验分析,得到不同负载、运动幅值、运动周期条件下系统位置补偿控制的响应特性,验证了船舶起重机半主动升沉补偿控制方法的有效性。     

采用视频检测的甲板升沉Kalman滤波估算与预测

针对主动式波浪补偿的检测数据获取与处理问题,提出一种基于视频检测的甲板升沉Kalman滤波估算与预测的方法。利用双目摄像机系统来检测甲板的升沉量,通过对检测数据进行Kalman滤波估算,预测下一时刻的位置,并作为甲板的升沉量预测值。实验结果表明,实际值与估算值误差波动范围为0%~1.5%,满足为主动式波浪补偿系统提供实时数据和预测值的要求。     

基于联合仿真技术的深海采矿升沉补偿装置控制系统的研究

该文联合虚拟样机技术和控制系统仿真技术对深海采矿升沉补偿系统进行了设计研究,建立了基于液压动力源的升沉补偿系统采矿船多刚体机械动力学模型,并针对该模型设计了模糊自整定PID控制器。联合仿真研究结果表明,模糊自整定PID控制策略能很好地对升沉补偿装置进行有效的位移补偿控制,补偿率可达到40%~45%,从而提高了深海采矿系统的稳定性。     

用误差预报校正的电液伺服系统预测控制的研究

通过对轧机电液伺服弯辊控制系统的非线性、时变性以及随机干扰严重的特性分析,将具有强鲁棒性能的广义预测控制应用于液压弯辊板形控制系统。为提高控制系统跟随精度,基于随机序列预报方法建立系统输出误差预报模型,预报液压弯辊力未来序列输出误差并给予补偿,从而使系统具有较强的抗干扰能力和鲁棒性,提高了液压弯辊控制系统的精度。仿真结果验证了该方案的可行性和有效性。     

深海采矿装置的自动升沉补偿系统的模拟研究

分析了深海采矿装置的自动升沉补偿系统的重要性和研究现状。提出了一种主动型升沉补偿系统,解决了深海采矿装置升沉运动信号采集的关键难题。根据相似原理建立了主动型升沉补偿系统的模拟试验系统并研究了其控制策略。试验结果表明,所提出的主动型升沉补偿系统是可行的,具有较高的补偿精度。直接为我国开发海洋矿产资源的战略提供服务。     

半主动式补偿绞车的液压试验系统

为了检验半主动式补偿绞车的控制性能与节能效果,根据相似理论研制了补偿绞车原理样机及其液压试验系统,主要包括升沉模拟液压系统、负载模拟液压系统、1∶5缩尺的补偿绞车原理样机,分别实现了造波、加载、升沉补偿与自动送钻等试验功能。开发了电控系统,升沉补偿采用大钩位移闭环,自动送钻采用负载压力闭环,电机采用带速度反馈的矢量控制模式。最后通过试验模拟了补偿绞车原理样机的升沉补偿过程、自动送钻过程以及二者的联动过程,测试了补偿绞车的控制性能及液压蓄能节能效果。试验结果表明:补偿绞车的控制效果良好,半主动补偿方式相对于主动补偿方式有明显的节能效果。     

二次调节主动升沉补偿实验平台的摩擦辨识与补偿控制

以二次调节主动升沉补偿实验平台为研究对象,针对系统中存在的非线性摩擦转矩,提出摩擦辨识及补偿方案。首先,选用Stribeck模型描述系统摩擦,建立了包含非线性摩擦转矩的平台数学模型;其次,根据平台特点设计摩擦辨识策略,使用最小二乘算法辨识得到未知系统参数,在此基础上拟合Stribeck曲线获取摩擦模型参数;然后,通过摩擦前馈和非线性PID实现摩擦补偿控制,提高升沉补偿精度;最终,实验验证了所提方案的有效性。     

单神经元PID的波浪补偿系统自适应控制与仿真

针对一种新型主动式波浪补偿系统的机、电、液非线性控制问题,以经典PID为基础,提出了一种利用单神经元结构加以实现的智能PID控制算法。基于二次型性能指标,推导出单神经元输入权值参数自调整算法,并采用积分分离的方法对其进行了改进。将控制算法应用到波浪补偿系统的控制中,在Matlab环境下进行仿真,仿真结果验证控制器有效,单神经元PID控制克服了传统PID控制的不足,有效地改善了控制性能。     

水下拖曳升沉补偿系统设计及其内模鲁棒控制

为补偿拖船升沉运动对拖体深度的影响并提高深度补偿精度,设计基于进油节流、回油节流切换控制的水下拖曳升沉补偿电液控制系统。提出具有外层升沉补偿控制子系统和内层位置伺服控制子系统双层结构的升沉补偿控制系统总体设计方案,其中外层子系统采集拖体深度,升沉补偿控制器输出拖缆绞车运动目标角位移,内层子系统在时变拖缆张力力矩干扰下实现对目标角位移的快速、无静差跟踪。针对内层控制子系统的被控对象——电液控制系统存在建模误差和参数摄动并承受时变拖缆张力力矩干扰的特点,应用内模控制策略完成了内层内模鲁棒控制器的设计。仿真和试验研究表明,内层位置伺服控制子系统抗干扰能力强,对系统建模精度要求低,参数整定方便,具有良好的动态性能。     

海上作业起重机主动升沉补偿系统的设计与分析

为补偿船用起重机在海上作业时的升沉运动,构造了基于二次调节静液传动技术的绞车液压驱动系统。首先,建立了升沉补偿系统的完整数学模型,提出了包含二次单元变量油缸位置环、二次单元马达速度环及二次单元马达位置环的三闭环控制结构。然后,给出了三闭环控制器的设计方法,为了得到起重机货物的位移,利用钢丝绳张力设计了状态观测器。最后,给出了一个设计实例,通过数字仿真从频域角度分析了升沉补偿系统的动态特性,为控制策略的研究打下基础。     

二次调节主动升沉补偿系统的控制特性研究

船用起重机的主动升沉补偿系统可以提高工作船在恶劣海况下作业时的安全性和效率,有效减小由船体升沉运动引起的缆绳张力变化。基于二次调节静液传动技术设计了船用起重机绞车驱动系统,建立了升沉补偿系统数学模型,构造了包含二次单元变量油缸位置环、二次单元马达速度环及起重机货物位置环的三闭环控制结构。随后,将船体的升沉运动作为可测干扰,应用结构不变性原理设计了前馈补偿器,并利用缆绳张力构造了起重机货物位移的状态观测器。最后通过仿真实例验证了控制器设计方法的有效性。     

基于迭代学习算法的电液比例伺服控制

为解决电液比例控制系统的非线性、时变性、变流量死区及变流量增益等对系统位置控制精度的影响,提高电液比例控制系统的控制精度,针对系统的非线性特性,设计不严格依赖于系统精确数学模型且有较强抗干扰能力的迭代学习算法,同时针对系统的变死区特性,设计能够基于误差和误差变化率在线调整死区补偿量的模糊死区补偿算法。迭代学习算法和模糊死区补偿算法的综合使用是根据当前的控制经验灵活调整控制量,从而有效地改善由于系统非线性及时变性所带来的影响。试验结果表明,不加入模糊死区补偿时,系统位置跟踪存在明显的滞后,最大位移跟踪误差达到6 mm,而同时采用迭代学习算法和模糊死区补偿算法极大的提高系统的控制性能,系统达到稳定跟踪后,最大位移跟随误差在1 mm以内。