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船舶位姿模拟与波浪补偿系统研究与设计
| 论文题名： | 船舶位姿模拟与波浪补偿系统研究与设计 |
| 关键词： | 船舶位姿模拟;波浪补偿;全闭环控制;系统设计 |
| 摘要： | 海上风电运维船向风电机组塔基转移运维人员时，易受到波浪的影响，产生六个自由度上幅度较大的运动。国内通常的解决方案是采用运维船直接顶靠风电机组塔基，通过传统登乘装置转移作业人员，但此种方案人员通达率低，安全风险大。波浪补偿系统可以一定程度上隔离波浪扰动，保障运维人员通行时的安全，因此很有研究意义。船舶位姿模拟系统可以提供实验环境，降低试验成本。本文的研究内容与成果如下： 首先，建立了平台的运动学模型，并通过标定算法对其进行误差补偿。对一、二级Stewart平台进行了运动学分析，建立了正、反解模型；分析了装配误差对位姿的影响，提出了一种平台标定算法，对运动学模型进行了误差补偿；联合MATLAB/Simulink与Simscape MultiBody建立了可视化仿真模型，验证了运动学模型和标定算法的正确性。 然后，对关节支路采用了三闭环控制结构，设计控制策略增强了速度环抗干扰能力与位置环鲁棒性。设计了电流环与速度环PI控制器；设计了速度环干扰观测器，有效抑制了时变外干扰；设计了位置环基于新型趋近律的非线性积分滑模控制器，克服了因变负载导致的参数摄动问题。仿真结果验证了速度环与位置环的控制性能。 接着，研究了位姿模拟平台的控制策略，针对波浪补偿平台提出了一种全闭环控制策略。研究了基于铰点空间和基于交叉耦合的控制策略；为提高控制性能，针对补偿平台提出了一种含前馈的位姿全闭环控制策略；设计了基于LADRC的位姿控制器；仿真结果证明了该控制策略的有效性。 之后，研制了船舶位姿模拟与波浪补偿原理样机的控制系统。设计了运动控制板卡，板载程序和上位机程序，实现了船舶位姿模拟功能和基于不同控制策略的波浪补偿功能。 最后，通过实验测试了原理样机的跟踪与波浪补偿性能，验证了本文理论研究成果的正确性。 |
| 作者： | 黄天宇 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 李军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京理工大学 |
| 学位年度： | 2019 |
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