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原文传递基于运动预测的绞车型升沉补偿系统控制研究

论文题名：	基于运动预测的绞车型升沉补偿系统控制研究
关键词：	海上浮式作业平台;升沉补偿系统;速度预测;控制系统
摘要：	升沉补偿系统是海上浮式作业平台（如钻井平台、风电安装船、CTV船）进行浮式作业必不可少的装备之一，绞车型升沉补偿系统因其占用平台作业空间小、补偿行程不限等特殊优势，是一种很有研究意义与应用前景的新型升沉补偿系统。前期的研究工作表明，课题组提出的直驱容积控制节能型升沉补偿绞车能够实现预期的补偿功能，但补偿精度有待进一步提高。考虑到该补偿绞车的动力机构惯性大，控制响应存在滞后，如果可以准确对平台升沉运动速度进行短时预测，提前发出补偿控制信号，实现扰动的同步补偿，则可以大大提高系统的补偿精度，增大作业安全性。　　本文以适用实际工况的节能绞车型升沉补偿系统和实验室升沉补偿模拟试验台为应用对象，研究实用的浮式平台升沉运动速度预测方法，以提升补偿系统补偿精度为目标，做了如下研究工作：　　（1）分析海上浮式平台受海浪扰动作用的影响，利用ITTC双参数谱，得出5级、6级、7级海况下的海浪频谱图，并根据浮式平台与海浪之间运动的传递关系，仿真得出不同等级海况下海浪和浮式平台升沉运动位移和速度数据；　　（2）阐释小波神经网络预测模型的构建原理和流程，将浮式平台升沉运动速度数据作为离线学习数据，以当前及前3个预测周期的速度值作为模型输入值，以下一预测周期的平台升沉速度作为模型输出值，构建基于时间序列的小波神经网络速度预测模型，仿真验证该模型预测步长分别取0.1s、0.3s、0.5s时5级、6级、7级海况下的预测准确率，并基于NI采集卡搭建阀控液压缸升沉运动模拟系统进一步实验验证该方法的有效性；　　（3）介绍支持向量机以及LIBSVM工具箱的使用方法，以前2个预测周期的平台升沉速度、当前的平台升沉速度和位移以及海浪升沉位移共5个量作为模型输入，采用交叉验证的方法，确定预测步长分别取0.1s、0.3s、0.5s时5级、6级、7级海况下惩罚参数和核函数参数的最佳取值，并对浮式平台下一预测周期下的升沉运动速度进行预测；　　（4）搭建适用实际工况的节能绞车型升沉补偿系统联合仿真模型，简要说明Amesim-UG/Simcenter3D motion，MATLAB/Simulink-Amesim软件间基于专用接口的联合仿真实现方法，仿真验证5级、6级、7级海况下节能绞车型升沉补偿系统的补偿有效性，以及将平台速度预测用于扰动补偿控制的方法可提高补偿精度的设想；　　（5）搭建实验室绞车型升沉补偿模拟试验台的虚拟样机模型，仿真结果表明六自由度平台仿真模型能比较理想地模拟浮式平台升沉运动，将小波神经网络速度预测加入补偿控制可在一定程度上提升补偿精度；　　（6）最后完善实验室绞车型升沉补偿模拟试验台及其测控系统，实验与仿真结果均表明，液压六自由度平台可较好的跟踪正弦升沉运动，基于平台运动速度预测的方法可提升绞车型升沉补偿系统的补偿精度。
作者：	周强
专业：	机械工程
导师：	肖体兵
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广东工业大学
学位年度：	2022