主动补偿平台系统的仿真与实验

由于风浪的影响,海上作业船舶会产生不规律的横摇、纵摇和升沉运动,这严重影响船舶工作效率和船载设备的安全。因此,在船舶上建立一个主动补偿平台系统显得尤为重要。在主动补偿平台系统中,采用PID控制算法。利用AMESim软件对主动补偿平台系统进行建模和仿真,得出仿真结论;通过实验,得出与仿真结果对应的实验结果。通过对比仿真结果和实验结果,为主动补偿实验系统的设计和调试提供帮助。     

基于并联机构的波浪浮体运动模拟控制系统设计

小尺度波浪浮体广泛应用于海波发电工程领域和海洋浮标结构物中,在波浪作用下通常会产生垂荡、横摇、纵摇等运动特性。为了缩短开发周期,降低海试试验成本,基于6-RSS并联机构设计一种适用于波浪浮体运动模拟的装置。基于MATLAB/Simulink建立机构的位置逆解模型,理论推导获得给定位姿下驱动舵机转角变化曲线。基于流体力学相似准则,建立波浪浮体实验室模型,并采用PROTUES单片机电路仿真工具构建控制系统硬件电路,通过直线插补运算实现平台的轨迹运动。通过搭建机构横摇、纵摇运动实验平台,进行相关误差分析,验证了该并联机构模拟波浪浮体运动的可行性。     

基于柔性打捞的波浪补偿系统设计与试验

为提高高海况下救助打捞成功率与起吊过程安全性,介绍一种基于高海况柔性网具救助打捞系统的方法,提出一种以变幅油缸为执行机构的主被动复合波浪补偿方案,采用模糊自适应PID算法控制器,控制变幅油缸伸缩位移,抑制船舶横摇对伸缩吊臂的影响。根据相似准则对打捞系统进行模型设计并建立波浪补偿系统缩比模型试验,通过液压摇摆台模拟船舶横摇角度,测试变幅油缸的响应时间、运动的平稳性及缩比模型的补偿精度,预测原型样机的波浪补偿效果。实验结果表明:模型试验系统运行稳定可靠,补偿效果良好,打捞吊机跟随模拟平台做-15°～+15°的正弦摇摆,吊臂的波浪补偿运动误差维持在±1°内。该方法原理和试验数据可为原型样机的设计提供参考。     

运载火箭海上动平台起竖系统动力学建模与仿真

针对运载火箭海上发射平台箭体起竖问题,综合运用船舶耐波性和多体动力学理论,建立海上发射平台运动模型。将解析法求解得到的起竖载荷变化与0级海况下动力学仿真结果进行对比,验证了起竖力学模型的正确性。为了模拟复杂海况环境下的起竖问题,采用船舶耐波性理论分析得出的平台运动函数条件,开展发射平台垂荡、纵摇、横摇耦合运动的动力学仿真,获得不同海况和不同起竖方向下起竖装置所受载荷的变化规律。研究结果可以为起竖系统的抗风浪设计以及液压和控制系统的设计提供一定的参考。     

神经网络PID控制的液压驱动主动升沉补偿预测控制研究

为了提高船舶在海面上作业时补偿精度,采用BP神经网络PID控制方法,并对船舶升沉运动输出误差进行仿真。建立船舶主动升沉补偿系统简图,分析船舶升沉运动工作原理,给出液压缸驱动传递函数。引用BP神经网络算法,采用梯度下降法对BP神经网络加权值进行修正,通过学习速率来补偿控制系统输出误差,从而实现PID控制器参数在线调节。在受到不同负载影响状况下,采用MATLAB软件对船舶升沉运动补偿精度进行仿真,并且与PID控制补偿精度进行对比。结果表明:采用PID控制器,船舶升沉运动输出误差较大,控制系统反应速度较慢;而采用BP神经网络PID控制器,船舶升沉运动输出误差较小,控制系统反应速度较快,同时,随着负载质量的增加,输出误差就会增大。采用BP神经网络PID控制系统,响应速度快,补偿精度高,提高了船舶在海面上作业定位精度。     

基于PMAC的三轴海浪模拟摇摆台设计

介绍了基于PMAC的三轴海浪模拟摇摆台的设计方法，给出了摇摆台控制系统的硬件结构和软件系统基本结构，充分利用PMAC多轴运动控制卡的多轴联动控制、快速的实时通讯能力及易于开发的软件系统，实现了摇摆台的三轴实时控制、位置伺服控制。摇摆台具有规则波和不规则波下的横摇、纵摇、艏摇三自由度的船舶运动仿真能力，系统运行稳定，操作方便。     

海洋升沉模拟系统设计与控制算法研究

为了模拟海洋钻井平台的升沉运动规律,设计并搭建了一套基于电液比例阀控马达的位置伺服系统,建立了系统数学模型,对控制算法进行了数值仿真与实验研究,采用逐步细化的分段PID方法实现了模糊PID算法。研究结果表明:带死区补偿的模糊PID算法稳定性好、控制精度高,实现了带载状况下高精度的升沉运动模拟,满足性能要求。     

海洋风浪载荷对7500t浮式起重机结构影响分析

利用ANSYS软件建立7500t浮式起重机有限元模型,参照建筑学中地震分析的方法,将浮式起重机载体船的横荡、纵荡、升沉、横摇和纵摇比拟成5个自由度的基础激励,计算浮式起重机在此种激励下的瞬态响应,为其金属结构影响分析提供依据。     

深海作业装置轻载主动型多维运动补偿器的研究

多维运动补偿器是保证深海浮式作业正常安全进行的重要装置之一.笔者提出了一种主要由升沉补偿机构、横移补偿机构和纵移补偿机构组成的轻载主动型多维运动补偿器的设计方案,设计了适合于主动运动补偿器的复合控制器;建立了运动补偿器的仿真模型和升沉补偿机构的模拟试验台.仿真和实验结果都证明了所提出的轻载主动型多维运动补偿器的设计方案是可行的,所设计的复合控制器是有效的.     

深海采矿装置重载三维运动补偿系统的设计与仿真

设计了一种由升沉补偿机构、纵移补偿机构和横移补偿机构组成的重载三维运动补偿系统,利用SIMULINK和功率键合图理论建立了三维运动补偿系统的仿真模型,分析了其对控制策略的要求,对系统的补偿过程进行了仿真研究.     

基于并联机构的船舶运动模拟控制器设计与仿真

基于Stewart并联机构设计六自由度船舶运动模拟器,推导模拟器在给定运动位姿下驱动支链伸缩量的逆解算法。以垂荡-纵摇耦合运动为例,联合MATLAB/Simulink和SimMechanics构建运动模拟器仿真模型,并建立基于PID控制算法的驱动模型。为有效提高模拟器运动精度,基于模糊PID控制算法,应用模糊规则和推理方法对PID参数进行在线整定,设计相应的模糊控制器。结果表明：对波浪运动模拟器实施模糊PID控制后,计算得到的驱动支链伸缩位移误差能较快达到稳定值,稳定后误差明显比经典PID控制算法低。     

主动补偿平台单通道控制系统研究

船舶在海上作业时,需要通过稳定平台对船舶的摇摆进行补偿。稳定平台工作过程中,需要采用控制算法对各个通道进行控制。由于液压缸和电液伺服阀等机械元件惯性的影响,采用常规PID算法时,系统响应具有滞后性,降低了稳定平台的补偿精度。为此,提出一种前馈PID控制算法,该算法既具有常规PID算法简单易操作的优点,又能解决系统响应的滞后性问题。以稳定平台单通道为研究对象,采用仿真与实验相结合的方式,证明前馈PID控制算法的有效性。     

SV型手腕6R喷涂机器人运动学算法研究

运用分离常量及矩阵求逆的方法,研究了新型的SV(stereo-vertical)型手腕6R喷涂机器人的逆运动学算法,求出精确数值解析解。对于一个末端矩阵,可求得16组逆解。基于QT平台,结合QML关键技术及CS设计模式,设计了一套喷涂机器人的离线编程仿真系统,通过实现轨迹精确控制,验证了该算法。结果表明,该算法求解正确,精度高。     

基于升沉补偿平台多缸同步的控制策略研究

为保证升沉补偿平台的上平台在6个液压缸运动过程中始终处于相对平稳状态,提出一种将广义预测控制与相邻交叉耦合控制相结合的控制策略,实现对平台6个液压缸的位置同步控制。采用广义预测控制作为每个液压伺服通道的位置控制器,加入相邻交叉耦合同步控制方式,使每个液压伺服通道的液压缸考虑与其相邻两通道液压缸之间的同步误差,获得新的控制量,对6个液压缸进行同步控制;利用MATLAB进行仿真。结果表明：系统响应速度快,具有较好的位置控制和同步控制性能;将基于广义预测控制的相邻交叉耦合同步控制方法应用于升沉补偿平台,简化了控制器结构,协调6个液压伺服通道,在一定程度上减小了负载扰动对平台稳定性的影响。     

板料冲压成形有限元反向分析中初始解确定方法的研究

初始解的确定是板料冲压成形有限元反向分析中的一个重要环节,初始解的好坏会影响后续计算的收敛性以及分析计算的效率。文中介绍了板料冲压成形有限元反向分析的基本原理,对反向法计算中的初始解确定方法进行了研究,总结并分析了国内外关于初始解确定方法的研究概况,提出了一种高效实用的方法,最后给出了计算实例。     

对偶四元数在六自由度飞行模拟器的仿真研究

六自由度平台作为飞行模拟器重要的载体,上下平台的坐标变换至关重要。研究对偶四元数在六自由度运动平台的应用,给出对偶四元数在坐标系转换的换算参数,并在MATLAB/SIMULINK中对六自由度运动平台的反解和经典洗出算法进行了仿真验证,证明对偶四元数在六自由度运动平台具有很好的准确性和可靠性,拓展了六自由度平台坐标变换矩阵的选择范围。     

升沉补偿模拟试验系统的设计与实验研究

提出和研制了深海采矿扬矿管的主动型升沉补偿模拟试验系统，实现了采矿船的升沉模拟和升沉补偿模拟，并进行了实验研究。实验的结果证明，采用电液比例阀控缸执行机构进行主动升沉补偿的方案是可行的和有效的，采用高性能的电液比例方向阀和合适的控制策略可以获得很高的升沉补偿精度。     

两列超声波信号相位差实时估计算法对比研究

用超声波检测流体物理参数时常需要获取两列波的相位差。因超声波频率高,需要较高采样频率和较大的样本,才易获得较高分辨率和精度的相位差估计值。这样用于估计的数据量大,计算延时大。本文对相关分析法、希尔伯特变换法、李萨如图法进行了综合研究和对比分析,提出了数字化李萨如图法。并进行了仿真与实验对比,结果表明,数字化李萨如图法性能优于其它方法,并且在小样本时性能不变。本文为实时估计两列波相位差提供了新方法,在流体物理检测、深海采矿船升沉运动位移等的检测中具有良好的作用。     

基于烟花灰狼算法的冗余机械臂运动学逆解

针对常规方法无法有效求解冗余机械臂逆运动学解问题，提出改进灰狼算法的机械臂逆运动学求解方法，采用一般反向学习初始化与烟花算法爆炸机制相结合，使得算法具有较强的抗干扰与全局求解性，有效避免早熟、局部最优问题。采用10种经典测试函数对改进灰狼算法进行性能测试，测试结果证明改进灰狼具有收敛精度高、抗干扰能力强等特点。以凿岩机器人的七自由度机械臂逆运动学求解为例，采用MDH法建立运动学模型，运用改进灰狼算法求解并与粒子群、模拟退火、传统灰狼算法进行对比，仿真结果表明：该算法性能优于其他算法，能对冗余机械臂逆运动学进行有效求解。     

基于工业机器人形位的运动学逆解分析

针对工业机器人逆向运动学求解及逆解的选择,基于工业机器人形位分析了运动学逆向问题。将工业机器人所在的笛卡尔空间划分为4个区域,分区域讨论工业机器人的运动学逆向问题。分析了在同一末端位姿下机器人的多种形位,采用二进制将工业机器人各形位对应的逆解进行编码,使机器人的多组逆解与各形位一一对应。最后以MOTOMAN UP50工业机器人为例,计算验证文中的工业机器人逆解算法的正确性及有效性。基于工业机器人形位的运动学逆解分析为工业机器人运动学特定逆解的求解、选取提供了一种新参考方法。