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主动式截断系泊系统执行机构动力控制研究
| 论文题名： | 主动式截断系泊系统执行机构动力控制研究 |
| 关键词： | 主动式截断系泊系统;执行机构;动力控制;时滞补偿 |
| 摘要： | 海洋平台及其系泊系统的设计与建造需要水池试验的验证，但是随着海洋平台作业水深的增加，现有的海洋工程水池尺寸无法满足深水中海洋平台及其系泊系统物理模型试验要求。因此，主动式截断方法被提了出来，即在水池试验中将系泊线在水池底部进行截断，并用一个执行机构追踪截断点处运动，从而保证截断系泊系统与全水深系泊系统的等效，进而保证物理模型试验的可靠性。为使截断点按真实的响应运动，需将其连接在执行机构上以实时跟踪输入的运动信号，而其中的关键问题是如何选择并控制执行机构实现截断点的实时高精度运动。因此本文的主要研究目的是：通过对主动式截断模型试验执行机构以及机构实时跟踪控制截断点处运动全过程的研究，来验证主动式截断系泊系统试验的可行性。 首先，选择Stewart平台作为试验的执行机构，基于运动学原理，推导Stewart平台的位姿反解方程及雅可比矩阵；基于动力学原理，利用牛顿欧拉法推导Stewart平台的闭环动力学方程，利用Simulink建立基于工作空间控制的执行机构动力学仿真模型，设计单自由度与多自由度平台运动算例来验证所建模型的正确性。 其次，针对Stewart平台的核心—电动缸系统，从原理、结构以及数学模型方面分析电动缸系统的驱动方式，利用Simulink建立以电流环、转速环、出力环为基础的三环控制电动缸系统模型，设计电缸驱动算例来验证所建模型的正确性，并比较分析传统PID算法与模糊PID算法的原理以及对电动缸系统的出力控制效果的影响。 再次，针对主动式截断试验中的时滞误差，分别以时滞处于控制系统的控制通道与干扰通道为例，分析时滞对系统输出产生的影响。针对时滞对系统造成的不稳定性以及滞后特性，利用史密斯预估控制算法与扰动补偿控制算法对时滞进行补偿，分析这两种补偿方法的适用范围以及优缺点。 最后，阐明所提出的主动式截断模型试验三参数追踪控制策略的原理，结合所建立的执行机构动力学模型、电动缸系统模型及相关的控制算法，以一座工作水深为1800m的张紧式系泊系统为例，在给定系泊线上部浮式平台分别受到低频与波频位移激励时，以全水深系统为标准模型，截断水深系泊为截断模型，分析比较截断模型对于标准模型截断点处追踪情况，对比截断模型与标准模型在截断点处与导缆孔处受力情况，验证本文所研究的主动式截断模型试验可行性。 |
| 作者： | 汤威 |
| 专业： | 水利工程 |
| 导师： | 乔东生 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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