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基于惯性技术的采矿船运动检测系统研究
| 论文题名： | 基于惯性技术的采矿船运动检测系统研究 |
| 关键词： | 深海采矿;惯性检测;采矿船;运动检测系统;小波去噪;kalman滤波 |
| 摘要： | 深海矿藏开采作业中,采矿船难免受海浪的影响而运动,对安装于其上的扬矿管也产生拖曳力,影响到深海采矿作业正常进行。为了减小或消除这一影响,有必要在扬矿管与采矿船之间安装一套运动补偿系统,使扬矿管不受采矿船的影响而基本上保持静止。由理论力学知识可知,物体的任意运动可以分解为三个直线运动和三个转动。采矿船转动带来的影响可以通过采用特定的机械连接来消除(如万向节或球铰接)。补偿主要解决的就是三个直线运动的补偿,补偿控制器需要一个检测装置实时地检测出采矿船的运动速度和位移。 本文首先分析确定检测系统的功能需求,即在采矿船坐标系内实时地检测采矿船的运动速度和位移。传统的接触式的速度和位移测量方案,需要一个相对固定的参考点。而茫茫海洋中现存的参考点根本没有。为此,本文提出一种基于惯性技术的测量方案。惯性测量技术是一种具有完全自主性的测试方法,通过惯性元件的输出可以解算出载体(采矿船)的速度和位移信息,克服了在海上测量对固定参照坐标系的依赖。 针对深海采矿这一实际应用,论文对比了惯性检测系统与惯性导航系统的共性和差异。两者区别在于惯性导航系统为了确定载体的方位,需要求得载体运动速度和位移在地里坐标系里的投影。而补偿液压缸是按照采矿船坐标系安置,因而此处的惯性检测系统需要求得载体(采矿船)运动速度和位移在载体坐标系内的投影。论文论述了惯性检测的原理和实现过程。推导了适用于本方案的惯性基本方程,详细介绍了姿态更新和速度更新算法。 论文详细介绍了在现有三维运动补偿试验台上的实验过程。采用3轴硅微机电(MEMS)加速度计检测运动台的加速度。搭建了实验需要的硬件平台包括:供电电源、加速度计模块、模拟滤波器、数据采集器。基于Labview平台编写实验程序,实现数据采集、处理、显示和存储功能。 本文分析了MEMS加速度计信号噪声的特性,论述了小波去噪技术和Kalman滤波的原理和实现过程,并将两种方法应用于加速度信号处理,取得了很好的去噪效果。提出了一种带阈值判断的卡尔曼滤波方法,能很好地跟踪反映加速度计的零偏误差,有效地防止后续积分运算中趋势项的产生。 |
| 作者： | 周余明 |
| 专业： | 机械电子工程 |
| 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： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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