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原文传递工作艇收放装置关键技术及控制策略研究

论文题名：	工作艇收放装置关键技术及控制策略研究
关键词：	工作艇;收放装置;被动式减摆控制;波浪运动补偿系统;动力学模型
摘要：	工作艇收放装置是一种应用于船舶上的特种起重机械,主要功能是在母船上降放和回收工作艇。它可以在复杂的海况下,母船摇摆运动中进行工作艇的收放操作,有着普通吊艇架无法比拟的优势。它对于海军夺岛作战、舰船补给、人员救护、海军的巡逻护航等具有重要意义,应用前景十分广阔。由于高海况下收放装置工作环境的复杂性,要求收放装置必须安全收放,这就要解决工作艇处于水中起升准备阶段的摇摆、起升到空中剧烈摆动等技术问题。因此本文根据收放装置波浪运动补偿及减摆控制技术的需要,通过对波浪运动补偿系统和工作艇减摆控制系统的控制策略研究、性能仿真分析和相关试验研究,研制能在高海况下安全收放的收放装置不仅对于收放装置的波浪运动补偿、工作艇姿态减摆控制等技术的理论水平有着重要的促进作用,而且对于提升我国海洋装备的技术水平、维护海洋权益以及满足军事需求都具有重要的现实意义。　　本文在查阅大量国内外资料的基础上,综述了工作艇收放装置的工作原理和高海况收放的关键技术,并对其国内外研究现状进行了分析,确定了本文的研究内容和方向。按照工作艇的不同收放过程,分析了收放过程中船舶运动对工作艇姿态的影响以及运动补偿系统的作用。建立船舶运动非线性模型,为波浪运动补偿系统的分析建立了基础。根据波浪运动补偿系统的原理,建立了波浪补偿状态下工作艇的横摇、垂荡数学模型和波浪运动补偿系统的数学模型,为波浪运动补偿系统的仿真分析奠定基础。根据工作艇减摆阻尼控制系统的工作原理,分别建立了粘滞阻尼装置的数学模型和减摆控制系统的动力学模型,为工作艇减摆控制系统的控制策略研究打下了基础。　　为了控制工作艇在水面时的姿态,设计了张力耗散补偿的波浪运动补偿绞车液压系统,建立了波浪运动补偿系统的动力学模型。基于母船及工作艇相对运动的分析,提出了波浪运动补偿系统最大设计速度的分析方法,研究了波浪运动补偿系统的速度特性;分析了波浪运动补偿系统的结构参数对系统性能的影响,并利用粒子群优化算法,对波浪运动补偿系统的参数进行了优化,并通过仿真分析证明了优化后结构参数的合理性。　　根据减摆控制系统的工作原理及结构建立了被动式阻尼减摆控制系统的数学模型,基于振动分析理论设计了粘滞阻尼的减摆控制系统,据此构造了评价系统减摆控制的性能指标。基于系统工作状况的分析,研究了阻尼器对系统特性的影响、工作艇总重和收放装置吊点位置等参数对减摆控制系统性能的影响。仿真结果表明,根据船舶运动、工作艇重量和吊点位置等设计的阻尼器参数能够起到很好的减摆控制效果。　　由于被动式减摆控制系统的功能局限性,提出了主动式减摆控制方案,并建立系统的仿真数学模型;根据系统欠驱动的特性设计了主动式减摆控制器,并对主动式减摆控制进行了分析研究,为主动式工作艇收放装置的研制奠定了理论基础。　　利用收放装置的试验台架,构建收放装置的实验系统,并对收放装置的波浪运动补偿系统和减摆控制系统进行了实验研究,验证了波浪运动补偿系统的性能和减摆控制系统的控制策略的有效性。
作者：	史洪宇
专业：	控制理论与控制工程
导师：	梁利华
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文