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基于主动减摆的船用工作艇收放装置控制系统研究
| 论文题名： | 基于主动减摆的船用工作艇收放装置控制系统研究 |
| 关键词： | 工作艇收放装置;控制系统;主动减摆;液压粘滞阻尼器;轨迹跟踪 |
| 摘要： | 工作艇收放装置是舰船上存放、降落和回收工作艇的船舶特辅装置，而复杂的海洋环境对其主动减摆控制提出挑战。一方面，系统本身存在模型具有高阶微分项、绳索长度变化与摆角相互耦合问题；另一方面，在强干扰作用下，收放过程中进一步加剧工作艇摆动，外界复杂干扰也使系统各状态量间耦合关系更为复杂。因此主动抑制收放过程的摆动，对研究稳定工作艇位姿有重要意义。 首先，依据工作艇收放装置设计要求与物理特性，针对液压粘滞阻尼器结构复杂、传递信息速度慢和性能受温度影响等问题，设计一种电机驱动的改进阻尼器的减摆装置，分析其减摆机理。从装置抽象出数学模型，根据牛顿-拉格朗日原理，分析海浪力矩扰动下工作艇及吊点运动规律，构建具有吊索变化率的系统拉格朗日方程，依据SAO公约，对模型进行线性约束，由此得到考虑绳长变化的系统动力学模型；依据坐标变化理论，对减摆装置进行运动学解算，得到吊点相对于世界坐标系的位姿变换，以此作为计算减摆补偿角的基础。 然后，针对工作艇收放装置的工作状态不同，分别设计悬吊过程中的主动减摆控制与悬吊结束的主动减摆控制。前者针对不考虑绳索长度变化与摆角相互耦合，而导致工作艇摆动幅度增大问题，提出一种考虑绳长变化主动减摆控制策略；后者针对传统收放装置响应速度慢和位移饱和等问题，提出一种基于力/位混合自适应阻抗主动减摆控制方法，借助阻抗控制的思想，构建环境补偿函数与自适应律，通过所设计的主动减摆控制方法，可以实现工作艇位姿稳定。 最后，以实际某型号工作艇收放装置的减摆装置为参照，搭建模拟仿真平台，通过仿真试验可知，考虑绳长变化的轨迹跟踪主动减摆控制使工作艇摆动幅度平均降低了63.05%，反向摆动幅度平均降低了62.03%；在六级浪级下，采用力/位混合自适应阻抗主动减摆控制方法，减摆臂长度为0.40m，减摆效率最高为79.05%。因此，证明了所提出的主动减摆控制方法有效性与准确性。 |
| 作者： | 王万鹏 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 孙明晓 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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