船用起重机波浪补偿控制技术研究

研究波浪对船舶在海上运动的影响,介绍船用起重机的波浪补偿原理,分析被动式波浪补偿技术和主动式波浪补偿技术的原理和特点,对两种技术进行比较,并对主动式波浪补偿控制器设计要点进行研究,提出一种主动式波浪补偿起重机控制器的设计方案。研究结果表明,通过采用先进的电子器件和设计鲁棒性强的控制算法,采用主动式波浪补偿技术具有更好的波浪补偿能力,不仅能适应船用起重机单次吊装量增加的需求,而且便于对现有船用起重机进行升级改造。     

基于卡尔曼滤波的主动波浪补偿系统研究

针对船舶随涌浪进行的升沉运动进行较为深入的研究,旨在采用主动式波浪补偿解决耙吸式疏浚船耙管终端水平高度稳定问题。建立波浪补偿预测系统,通过运动参考单元测量船舶运动竖直方向速度和加速度,主控制单元根据所建立的数学模型结合卡尔曼滤波算法处理数据,通过执行机构调整绳索收放速度完成耙管终端控制补偿,使耙头水平高度在工作过程中保持稳定。所建立的波浪补偿预测系统具有自主学习能力,可以不断运用实测数据自我修正以提高精度,具有很高的实用价值。     

波浪补偿起重机优化设计方法研究

针对主动式波浪补偿起重机设计和制造过程中容易出现的问题,提出了一种新型波浪补偿起重机的设计方法,建立系统数学模型,并使用Simulink仿真工具分析控制系统的性能,提出改善系统性能的方法。     

液压机计算机控制与监测系统的设计

本文介绍了工业控制计算机在快速锻造液压的液压控制系统中的应用,采用两台工业控制计算机对快速锻造液压机组液压系统的开关阀和比例流量阀实现控制,同时,利用计算机的强大计算能力和图形显示功能,将压机的位移、操作机的位移和夹钳转角以及液压系统各点的压力和油温实时地通过显示显示出来。通过计算机的重复学习实现了压机移补偿控制。     

基于机器视觉的船舶升沉检测方法

针对民用起重作业船舶由于波浪等引起的升沉检测问题,提出了基于机器视觉的船舶升沉检测方法.首先建立船舶升沉检测系统架构,通过双目立体视觉三维测量方式,对目标位置的垂直高度进行测量,之后对检测图像进行系列处理,最后给出船舶升沉值对应的数据处理流程图,并将该方法进行应用.结果表明,双目测距最大误差2.08%,系统安装调试方便,可为实现波浪补偿提供实时数据,满足起重作业的安全要求.     

六自由度主动波浪补偿装置测控系统设计与仿真

针对海工装备上人员与物资安全转运的工程需求,该文对六自由度主动波浪补偿系统中的关键技术展开研究,设计了一个完整的主动波浪补偿系统,包括运动测量系统、控制系统和执行机构.运动测量系统采用MTi惯性传感器,结合自适应高通滤波器进行船舶运动检测,同时采用双目视觉系统检测补偿平台末端运动,并基于卷积神经网络实现两类传感器数据的...     

基于液压舵机的船舶舵机系统的模型建立

以上海江南造船厂的某船的拔叉式液压舵机为仿真对象．根据船舶特点和液压舵机的结构特点及工作过程,详细地阐述舵机控制的基本原理,并考虑船舶操作参数值以及各种环境参数建立船舶舵机系统的数学模型。并对分舵机模型与自由舵模型两个方面进行较为透彻的叙述。     

基于Unity的船浪实时交互运动可视化系统

为解决现有航海模拟器中船浪运动分离导致的视景感受体验差的问题, 开发了一套船浪实时交互的船舶运动可视化仿真系统. 通过海浪谱建模技术构建海面波浪运动场景; 在建立船舶受力模型的基础上, 通过检测船舶与水面的碰撞实现船舶对波浪力的响应以计算船舶对波浪运动的实时响应姿态变化; 同时为增强仿真系统的真实感, 使用波动公式计算船舶与水体碰撞产生的水波及其扩散增强模拟真实感. 船浪运动耦合的航海模拟器与传统航海模拟器相比, 在大海况条件下能够为使用者提供更加真实的视景与运动体验. 研究成果视景真实感强, 船浪交互实时性好, 对于恶劣航海条件下的航海过程有良好的仿真效果.     

LNG船液货安全系统的设计方法研究

LNG船是用于运输低温常压的液化天然气的大型船舶,由于液化天然气的特殊性质,对LNG的运输船提出了更高的安全要求。LNG船液货安全系统是船舶安全运行的重要保证。IEC61511标准是专门用于指导功能安全系统设计的标准,为LNG船液货安全系统的设计提供了有利的指导。遵循IEC61511标准对LNG船安全系统进行设计能够确保整个安全系统的可靠性。文章首先对安全生命周期进行了介绍,然后根据安全生命周期对LNG船液货系统中的安全功能进行分析,设计,为同类系统利用标准进行安全系统的设计提供了借鉴作用。     

LNG船液货系统的安全仪表系统设计方法研究

LNG船是在-163℃下运输液化天然气的专用船舶,是高技术、高难度、高附加值的产品。由于LNG船具有超低温沸点、易燃易爆等高危特点,因此对LNG船有着很高的安全要求。这其中LNG船液货系统又是LNG船的关键组成部分,它的安全系统设计优劣对整个LNG船的安全尤为重要。IEC61508标准是专用于指导安全系统设计的权威标准,该文将它应用到LNG船液货系统的安全设计中并取得了一定的积极效果。该文首先介绍了IEC61508标准的主要内容并引入了其中的两个重要概念：安全完整性水平和安全生命周期,然后基于IEC61508标准,采用HAZOP方法和事件树分析方法对LNG船液货安全仪表系统进行分析设计,最后通过事件树分析验证了安全仪表系统设计的有效性。     

基于混合模糊P+ID控制的升沉补偿系统

提出一种混合模糊P+ID控制算法,并将其应用于采用电控液压绞车的升沉补偿控制系统,使水下机器人在作业时不受母船升沉运动的影响.首先采用数字高通滤波器对惯性测量单元(IMU)获得的数据进行处理,计算出母船升沉运动的位移.然后推导出电控液压绞车系统的数学模型,并设计了基于混合模糊P+ID的升沉补偿控制器,根据母船升沉位移来控制液压绞车转动.最后通过仿真实验和物理平台实验验证证明了基于混合模糊P+ID的升沉补偿系统比常规PID系统有着更好的鲁棒性.     

模糊自适应PID算法在波浪补偿起重机中的应用

在波浪补偿控制中,由于波浪运动具有非线性、时变等特点,常规PID算法难以满足控制要求。为实现对波浪引起的两船相对运动的补偿控制,采用模糊自适应PID算法,运用模糊推理在线修正PID控制器的三个参数Kp、Ki、Kd。实际运行结果表明,该控制器具有较好的快速性和稳定性。     

重型水下机器人被动波浪补偿装置仿真分析

目前,海洋波浪补偿装置仿真模型通常过于复杂,不利于直观理解其动力学特性和性能机理。对此,文章以一种满足深海重型水下机器人布放回收作业的摆臂式、气液混合驱动的被动波浪补偿装置（passive heave compensation, PHC）为研究对象,分析其复杂波浪补偿过程和非线性动力学特征;通过构建合理的建模假设,降低建模难度,推导出系统动力学和运动学简化数学模型,并开发对应的数值仿真软件;开展基于模型的稳定和动态仿真分析,提出可能影响被动补偿性能的主要因素,包括蓄能器容积、初始充氮压力和充油后氮气压力等。通过仿真不同设计参数和系统状态的波浪补偿装置在静水面和3级海况下的波浪补偿性能,对比仿真影响波浪补偿性能的主要因素,结果验证了该被动波浪补偿装置在补偿行程、脐带缆拉力变动响应灵敏度等方面的补偿性能,以及该算法模型的有效性;并根据对比结果,提出通过适当调节蓄能器体积和氮气压力来改善波浪补偿装置性能的使用和设计建议。     

具有输入饱和的欠驱动船舶编队控制

研究了具有输入饱和且存在横荡运动的欠驱动船舶在水面上运动的编队控制问题.使用Leader-follower方法,将编队控制问题转化为镇定控制问题.给出了不同于Backstepping方法的编队控制器设计三步法,该方法有助于克服输入饱和的影响,并分析了闭环系统的稳定性.进一步,将跟随船控制输入中的微分、虚拟领航船的加速度、跟随船动力学模型的不确定性和外扰统一视为干扰,应用干扰观测器估计并在控制器中给予补偿.仿真结果表明了方法的有效性.     

基于模糊控制的船舶自动导航仿真系统

在介绍船舶运动特性和分析船舶运动的基础上,建立船舶运动质点方程,研究基于模糊控制的船舶自动导航仿真系统。针对船舶偏航量的控制,设计位移模糊控制器和航向模糊控制器,对船舶在波浪中的运动进行数值仿真。船舶在各种不同外界条件下的运动状态数据,应用数据库技术,进行存储,作为后续数据分析来源。采用VC＋＋,在VS2005开发环境下使用GDI编程,实现可视化仿真。     

一种消除PSD背景光干扰的新方法

光电位置敏感探测器(PSD)已应用到非接触式高精度动态位移测量中。但在实际应用中经常受到背景光的干扰,直接影响到测量系统的精度和可靠性。根据PSD的工作原理,分析了杂光下的输出信号与杂光的非线性关系。提出采用比例积分微分(PID)控制激光二极管的驱动电源来消除PSD背景光补偿方法,并设计了硬件补偿电路,实验结果和实际应用均表明:该方法能有效地消除背景光的干扰,可大大增加PSD的实用性。     

基于迭代学习和神经网络的船用起重机控制

作为一种重要的海上作业装备,船用起重机被广泛应用于海洋工程的各类场景中.然而,船用起重机是一类复杂的非线性欠驱动系统,存在摩擦、未建模动态等干扰,为控制器设计带来了巨大挑战.更糟糕的是,船用起重机还面临海浪、大风等未知干扰的影响,使得实际控制更加困难.如何稳定高效地控制该类系统,目前仍处于初步探索阶段.为了解决上述问题,本文提出了一种基于迭代学习和神经网络的控制方法.具体来说,首先将未知干扰分为周期与非周期两部分.对于周期干扰,利用周期估计器解决了对未知周期的估计问题,在此基础上通过迭代学习对干扰进行补偿;对于非周期干扰,使用双层神经网络进行逼近和补偿,并设计了权重的更新律;在补偿未知干扰后,基于反馈线性化设计了控制输入.通过Lyapunov分析方法,可以证明期望平衡点是全局有界的.最后,在所搭建的船吊实验平台上进行了大量实验,充分验证了所设计控制方法的有效性与鲁棒性.     

液压起重机过载自动控制及稳定性研究

为提高起重机变幅系统过载制动的平稳性和快速性,保护起重机臂架安全,提出了一种应用电液比例方向阀平缓切断变幅系统油路的过载自动控制新方法.分析了液压起重机过载控制方式,基于键合图理论建立了变幅系统下降工况的机液耦合模型.应用数学分析软件Matlab对模型进行了数值解析,计算了在30°、45°、60°吊臂仰角、电液比例阀不同关闭时间下,变幅油缸活塞杆的速度响应.得出了变幅系统制动时兼顾平稳性和灵敏性要求,比例方向阀最优关闭时间为0.2s的结论.试验结果验证了仿真模型和优化参数的正确性,为液压起重机过载自动控制系统性能的提高提供了理论依据.     

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。     

四点静力自动伺服加载系统

用于大型结构强度试验的微机控制四协调伺服加载系统,为保证试验的准确,有效,要求系统有高的加载精度,为避免要构件毁坏造成的巨大损失,要求系统有高的安全措施。高精度和安全是这类系统最基本也是最重要的两个要求,本文介绍了如何从控制的软件硬件结合液压系统的特点,来保证这两个方面的要求。