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基于AMESim作业型ROV液压推进系统的设计与仿真
| 论文题名： | 基于AMESim作业型ROV液压推进系统的设计与仿真 |
| 关键词： | 作业型ROV;液压推进;PID控制;AMESim平台;模拟仿真;系统设计 |
| 摘要： | 由于现今人类对陆地资源的过度开采,将难以满足未来人们对资源的需求,而作为生命摇篮的海洋,却蕴含丰富的资源。因而,如何开发海洋资源将成为国民经济可持续发展的一大举措。虽然世界各国现已着眼于开发海洋资源,但由于海洋资源主要集中于深水域,作业环境十分恶劣,故现今对海洋资源的开发仍然没有取得巨大进步。由于作业型ROV具有环境适应性强、作业时间长以及便于水面控制等特点受到越来越多的关注。液压推进系统作为作业型ROV的一个关键子系统也是实现水下机器人其他功能的一个前提条件,国外都对此做了众多的研究,但我国取得的成果依旧很少。 本文以开架式作业型ROV为研究对象,根据性能指标设计液压推进系统。为了实现ROV6自由度运动,首先在结构上需要对8个推进器要求做了相应的空间布置。根据设计指标计算ROV在6自由度运动时各自所受阻力。根据空间推力与力矩的计算式以及计算阻力值,求出ROV完成各自由度运动需要单个推进器需要输出的推力。 其次,在动力上选择液压系统为执行元件推进器提供所需的能量。根据推进器输出推力值,为液压推进器选择了型号。由该型号的输出推力与压力、流量曲线图,可知水下机器人完成各自由度运动液压推进系统需为推进器提供相应压力和流量的油液。因此,确定了液压系统额定压力和最大流量。根据液压系统设计步骤,对液压站和执行元件控制油路做了研究,并绘出液压原理图,同时为各液压元件选出合适型号。根据AMESim软件的功能,利用软件自带的标准件以及建模元件并参照液压原理图,完成了作业型ROV液压推进系统的建模。 最后,在控制上选取一种方法使推进器输出所需推力来验证系统性能。根据推进力与转速之间的关系,得出水下机器人完成6自由度运动各自对应推进器需达到不同的目标转速。分别采用闭环与PID控制方式来控制液压推进系统进行仿真分析,通过比较仿真结果,发现PID控制方法在验证液压推进系统设计合理性方面更具有说服力。同时,在对PID控制液压推进系统仿真中,利用AMESim与Matlab/Simulink联合仿真技术,发挥两个软件的各自优势,不但建立了液压模型和控制模型,而且还确定了相关仿真参数,这都有助于提高系统仿真效率。因此,采用PID控制液压推进系统对ROV进行了6自由度运动仿真,根据仿真结果,验证了本文设计的液压推进系统在性能上能够实现作业型ROV的6自由度运动。 |
| 作者： | 刘西佳 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 刘贵杰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中国海洋大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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