减摇水舱试验台架系统PID控制算法的研究与实现

船舶减摇水舱试验台架是研究和设计减摇水舱的重要试验设备，准确模拟船舶在海浪中的运动是设计试验台架的关键。本系统用电液力矩伺服控制系统来模拟海浪力矩，采用PID算法进行控制，其仿真结果符合要求。     

减摇水舱试验台架横摇阻尼系数的试验研究

针对某型船舶横摇运动数学模型,依据缩尺比通过硬件和软件相结合的方法在减摇水舱试验台架装置上实现对该船舶横摇运动的模拟。应用角度传感器数据对台架摇摆的机械摩擦阻尼进行计算,并结合角速度传感器数据来模拟台架横摇阻尼力矩;通过台架横摇试验,绘制了力矩和角度试验曲线。对试验曲线的分析可知,应用传感器确定的台架阻尼系数能够满足台架模拟船舶横摇运动的要求。     

H∞回路整形在减摇水舱摇摆台中的应用

减摇水舱摇摆台是实现位置随动控制的液压伺服系统,其功能是模拟船舶运动姿态和验证减摇水舱的性能。摇摆台运动时,在横摇和横荡2个自由度上存在着相互耦合,且水舱内流体晃荡产生很大的干扰力和力矩,导致建模时参数不确定,对系统精度造成很大影响。为此建立摇摆台耦合运动模型,运用力学理论分析并进行解耦控制,求解流体产生的干扰力和力矩,引入H∞回路整形控制策略设计控制器,最后进行仿真分析和实验验证。结果表明,系统能够准确快速跟踪动态输入的横摇和横荡位移信号,实现了对干扰的估计和补偿,提高了系统的跟踪速度和鲁棒性,更为精确地验证水舱的性能。为模拟船舶运动姿态和其他领域中同类型的液压系统控制问题提供有效的解决方法。     

减摇水舱台架试验中海浪横摇力矩及横荡力的实时仿真

本文给出了一种用于船舶的横摇力矩及横荡力的实时仿真方法,并用于船舶减摇水舱台架试验中作为上位机给定信号,仿真结果表明该方法能够满足实时仿真的需要。     

减摇水舱试验台架监控系统

本文简要介绍由微机控制的减摇水舱试验台架监督控制系统，利用这套装置可以实时模拟规则波和不规则波情况下带有水舱的船舶摇摆，从而研究减摇水舱对船舶的作用，评价其减摇效果，为研究和设计减摇水舱提供可靠的数据。     

基于CFD的减摇水舱流体仿真

研究海洋救助船水舱稳定性优化问题,减摇水舱是最有效的减摇装置之一,可在全航速下实现船舶横摇减摇,通常是在台架和实船实验中验证水舱性能的直接有效性,但是耗时长,造价高,针对以上实验的局限性,提出采用CFD流体软件分析水舱的特性.减摇水舱内气体和液体运动是一种典型的VOF气液两相模型,通过对海洋救助船水舱模型建模,分析了水舱内阻尼板布置不同对水舱产生的最大对抗力矩调节,对抗力矩与横摇运动之间相位差以及水舱固有周期的动特性进行仿真.仿真结果表明,减摇水舱流体优化准确性能够满足平衡性要求,为水舱的设计提高有效的依据.     

基于半周期预测的减摇水舱控制方法及验证

可控被动式减摇水舱能够通过气阀控制空气连通道延长了水舱的固有周期,实现宽频船舶横摇减摇.关阀时刻和关阀时间与船体横摇运动规律相关,由于船体在海浪中的随机运动难以准确计算.小波神经网络的半周期预测控制方法,预测船体横摇的下一个半周期,实时计算控制参数,拓宽减摇频带.通过半实物仿真验证,较传统的方法减摇性能有明显提升.     

单轴船舶运动模拟摇摆台架设计

减摇鳍是最常用的船舶减摇设备之一,在减摇鳍设计制造完成后,或是进行研究时,通常通过台架试验测试减摇鳍的性能.摇摆台架的性能指标直接关系到试验的准确性,本文对摇摆台架的设计进行了介绍,硬件部分采用PC 可编程控制器的控制方式,上位机软件采用VB编写,实现了对台架的实时控制和船舶横摇运动结算.     

航行状态下减摇水舱减摇能力仿真研究

本文根据“船舶-水舱”系统的运动模型,研究被动式减摇水舱在航行状态下的减摇能力。分别在不同海况、航速以及航向等条件下进行仿真,总结出水舱在不同航行状态下的减摇规律。并分析了可控被动式水舱的控制机理,为研究水舱的控制策略奠定了基础。     

舵鳍联合控制参数优化及仿真

船舶上装置的舵和减摇鳍系统分别完成航向和横摇减摇控制,但是两者之间存在着耦合,因此提出了舵鳍联合控制,实现多翼面的协调控制.建立船舶运动系统横荡、艏摇和横摇的三自由度运动、舵和减摇鳍的驱动控制、海浪干扰等数学模型,构建仿真环境.利用线性二次型最优控制理论设计舵和减摇鳍的联合控制器,并采用多目标优化手段确定舵速和鳍速参数,仿真表明,在不同的海况,以及船体不同航行状态下,都取得了显著的减摇效率,效果较减摇鳍单独减摇效果更佳,且能够保证良好的航向控制精度,说明舵鳍联合减摇有效地协调舵和鳍控制水翼的控制力和控制力矩.     

DSP与PC机串行通信在减摇水舱试验台架控制系统中的应用

针对TI公司的TMS320LF2407，在详细描述其串行通信接口和模块的基础上，结合减摇水舱试验台架控制系统．介绍了实现DSP与PC机串行通信的设计方法．并给出了相关的框图和程序。     

可控被动式减摇水舱气阀控制规律仿真研究

可控被动式减摇水舱是世界上成功使用的减摇装置之一,气阀控制规律是决定可控被动式减摇水舱减摇效果的关键因素.本文推导了最佳控制相位的理论依据,对气阀开启和关闭时刻的选取进行了详细研究.对不规律波作用下的"船舶-可控被动式减摇水舱"系统进行仿真研究,结果表明控制规律是行之有效的,在各种浪向和航速下都能够获得较好的减摇效果,从而最大限度地发挥了可控被动式减摇水舱的减摇能力.     

多轴向滑车横滚运动程序控制研究

通过对某新型飞机多轴向滑车横滚运动技术指标进行分析研究,创新性地提出了一种地面高速度运动条件下模拟飞机横滚状态动态控制方法,并开展了针对性的系统研制工作.开发的横滚运动控制系统经过了多发次的地面静、动态试验验证,其控制精度和可靠性均得到了有效验证.能够为后续同类控制系统的研制提供一定的技术和工程参考.     

基于最佳相位匹配的减摇鳍低航速控制策略

为了满足工程船舶对低航速下减摇的需求,提高船舶在锚泊和低航速下的耐波性,提出减摇鳍在低航速下的控制策略,重点针对低航速下升力与鳍角之间相位关系对航速十分敏感的问题和船舶横摇模型的不确定性问题进行研究.通过数值迭代解决低航速下升力相位对航速的敏感性和升力与鳍角的非线性关系问题,相位调节器可以克服航速测量误差的影响,保证最佳的相位匹配;利用分数阶鲁棒控制器保证模型参数变化时整个系统的控制性能.对所设计的控制策略进行数值仿真,仿真数据表明,在随机海洋环境干扰下,减摇鳍可以获得满意的低航速减摇能力.进行船模水池试验,试验结果也表明,所设计的控制策略可以使减摇鳍在锚泊和低航速下产生满意的减摇效果.     

Inverse Kinematics and Workspace Analysis of a 3 DOF Flexible Parallel Humanoid Neck Robot

To mimic the human neck’s three degree-of-freedom (DOF) rotation motion, we present a novel bio-inspired cable driven parallel robot with a flexible spine. Although there exists many parallel robotic platform that can mimic the human neck motion, most of them have only two DOF, with the yaw motion being actuated separately. The presented flexible parallel humanoid neck robot employs a column compression spring as the main body of cervical vertebra and four cables as neck muscles to connect the base and moving platform. The pitch and roll movements of moving platform are realized by the two dimensional lateral bending motion of the flexible spring, and a bearing located at the top of the compression spring and embedded in the moving platform is used to achieve the yaw motion of the moving platform. By combing the force and torque balance equations with the lateral bending statics of the spring, inverse kinematics and optimizing the cable placements to minimize the actuating cable force are investigated. Moreover, the translational workspace corresponding to pitch and roll movements and rotational workspace corresponding to yaw movement are analyzed with positive cable tension constraint. Extensive simulations were performed and demonstrated the feasibility and effectiveness of the proposed inverse kinematics and workspace analysis of the novel 3 DOF flexible parallel humanoid neck robot.     

六自由度运动平台可视化软件的设计与实现

对六自由度平台运动可视化的研究将为平台研制提供新的手段。该文介绍了平台六自由度运动可视化软件的核心部分-驱动算法的原理和在OpengGVS中的实现过程．这一基于巧妙的坐标系选取和变换的算法,简洁明了地解决了虚拟平台和作动筒间复杂的协调运动问题。在这基础上开发的平台六自由度运动可视化软件基本达到了设计要求,使虚拟平台能够实时模拟真实平台的协调运动并实现了碰撞检测和多角度观察,取得了令人满意的结果。