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船模绳牵引支撑机构测控系统的研发
| 论文题名： | 船模绳牵引支撑机构测控系统的研发 |
| 关键词： | 船模绳牵引;并联支撑机构;测控系统;六自由度运动 |
| 摘要： | 近年来，绳牵引柔性并联机构以其精度高、承载力大、干扰小、重量轻以及惯性小等优点，在医疗康复、重物装卸、航空风洞试验等方面得到了实际应用，但所查国内外资料中尚未发现绳牵引并联机构应用于船模拖曳水池试验。本文对绳牵引并联机构在拖曳水池试验中的应用进行探索和研究。 本文以交通运输部应用基础研究项目“用于游艇性能试验的柔性并联支撑机构系统及控制研究”为背景，以自主研发的船模绳牵引柔性支撑机构为研究对象，开发并实现船模绳牵引柔性支撑机构六自由度运动的测控系统，针对支撑机构运动学位置控制策略展开研究。 本文开展的主要研究包括: 1)根据船模绳牵引柔性支撑机构的功能和应用环境要求，研究支撑机构及其测控系统硬件平台结构。首先分析该柔性支撑机构的结构与绳索的相关性，及绳索与被控模型连接点要求，确定8绳牵引的6自由度支撑机构。采用矢量分析法和数值分析法建立基于笛卡尔坐标系的机构运动学模型，得到模型位姿和8根牵引绳绳长的映射关系。根据拖曳水池试验船模姿态控制要求，设计多输入/多输出的同步控制硬件平台。 2)通过试验法验证了单独采用Clipper进行闭环控制无法满足姿态角控制要求，确定基于绳长和被控模型姿态角控制的串级控制方案。主回路计算量大，采用PID控制算法和单神经元PID控制算法进行尝试，主副回路采用不同的采样周期。 3)系统用LabVIEW作为软件开发平台，采用模块化设计方法完成软件开发。系统软件包括运动控制模块、数据采集和储存模块、参数设置模块及硬件测试模块，实现被控模型6自由度运动控制、数据实时采集、显示和储存等功能。 4)分别采用PID控制器和单神经元PID控制器作为主回路控制器进行姿态角控制试验，实现被控模型2％和1％的姿态角控制精度。试验结果表明该测控系统软硬件设计及控制策略的可行性和有效性。由于试验条件及时间限制，仅采用位置控制方式研究支撑机构的运动学控制，对后续力/位混合控制策略研究及开展船模阻力试验进行了有益的尝试和探索。 |
| 作者： | 林晓松 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 林少芬 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 集美大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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