海上大型补偿式操作臂运动建模与控制仿真研究

发布时间：2020-11-08 14:15

　　 船舶受风、浪、涌等复杂海况的影响,难以正常实施海上作业和海底施工。因此,为了使舰船在复杂海况下安全作业,本文提出了一种混联操作臂补偿方案。补偿式混联操作臂并联补偿部分具有升沉补偿大,承载能力强的特点,从而为海上作业设备提供更稳定的操作环境。本文应用螺旋理论对补偿式混联操作臂的并联机构进行了等效分析,并采用闭环子链对并联机构进行解耦设计,然后对解耦设计的并联机构进行输入选取,进而求出并联机构的位置反解。根据机构位置反解以及约束条件,得到了并联机构的工作空间。基于实际应用需求,对串联部分机构构型进行设计分析,并采用D-H法求出了串联部分的位置正解;与此同时,建立了机构运动学模型,得到了并联机构速度映射,并对其加速度进行分析;此外对补偿式混联操作臂摇荡补偿进行分析,同时进行了数值算例分析和仿真验证。针对控制系统延时带来的影响,本文对舰船运动预测进行了研究,应用最小二乘法和RBF神经网络对海上采集到的数据进行预测分析,同时对RBF神经网络预测后的数据进行了滤波处理。本文针对实际的工程需要求出了液压阀控位置伺服控制系统的传递函数,并应用PI控制器进行控制。应用稳定边界法整定了PI控制器的参数。分析了系统超调原因并对其进行修正,最后应用Simulink仿真软件得出了位姿控制各个自由度上的误差曲线。
【学位单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：U664;TP241
【部分图文】：

论-3-定平台目前主要采用串联这种方式来快速实现跟踪以及稳定补偿[12]。上世纪40年代末，为了使坦克能在行进间进行稳定发射，美国BEI电子公司针对美国海军的需求生产出了QRS-10型石英音叉陀螺，与此同时研制出了WSC-6型舰载稳定系统，如图1-1所示，此系统的应用可以保障舰船与外界的正常通信。此外，美国还在红外搜索跟踪系统方面取得了一定的科研成果，Honeywell公司通过应用红外搜索跟踪系统的实时监测技术，研制出了一整套串联式舰载稳定跟踪平台，如图1-2所示，能够为舰载武器装备的精确发射提供稳定的工作环境。图1-1WSC-6舰载天线稳定系统图1-2Honeywell公司串联式姿态稳定设备除了美国以外，法国的科研人员同样将红外搜索跟踪系统应用于VAMPIRMB型、VAMPIRDIBV型以及VAMPIRML型舰载稳定平台上，这三种不同型号的串联稳定平台组成基本相同，其主要由信号处理系统、红外扫描部分、显示控制平台等几部分组成。其中法国电讯股份有限公司研制的VAMPIRDIBV型由于成本过高、体积较大，主要应用于大型驱逐舰上。VAMPIRML型采用单个波段工作，质量相对较轻可以用在中小型舰船上进行红外探测。SAGEM公司研制的VAMPIRMB型稳定平台是全新一代的红外搜索跟踪系统，可以实现全景监测，同时还能辅助导航，而且指示精度高可达1mrad，转速极快可达14r/s，具有轻小型化和高效能的优点，故法国海军将其列装于“戴高乐号”航空母舰之上，且广泛安装应用于航母护卫舰[13]。由于红外搜索跟踪系统具有精度高、隐蔽性好等优点，俄罗斯、以色列、荷兰和加拿大等也以红外搜索跟踪系统技术为基础，研制了串联式稳定平台，广泛应用于舰载武器装备，以提高其发射精度[14,15]。相比于串联稳定平台，并联稳定平台具有刚性好、承载能力强的优点，故国外许多科学家在并

么??庵址绞嚼纯焖偈迪指?僖约拔榷ú钩?12]。上世纪40年代末，为了使坦克能在行进间进行稳定发射，美国BEI电子公司针对美国海军的需求生产出了QRS-10型石英音叉陀螺，与此同时研制出了WSC-6型舰载稳定系统，如图1-1所示，此系统的应用可以保障舰船与外界的正常通信。此外，美国还在红外搜索跟踪系统方面取得了一定的科研成果，Honeywell公司通过应用红外搜索跟踪系统的实时监测技术，研制出了一整套串联式舰载稳定跟踪平台，如图1-2所示，能够为舰载武器装备的精确发射提供稳定的工作环境。图1-1WSC-6舰载天线稳定系统图1-2Honeywell公司串联式姿态稳定设备除了美国以外，法国的科研人员同样将红外搜索跟踪系统应用于VAMPIRMB型、VAMPIRDIBV型以及VAMPIRML型舰载稳定平台上，这三种不同型号的串联稳定平台组成基本相同，其主要由信号处理系统、红外扫描部分、显示控制平台等几部分组成。其中法国电讯股份有限公司研制的VAMPIRDIBV型由于成本过高、体积较大，主要应用于大型驱逐舰上。VAMPIRML型采用单个波段工作，质量相对较轻可以用在中小型舰船上进行红外探测。SAGEM公司研制的VAMPIRMB型稳定平台是全新一代的红外搜索跟踪系统，可以实现全景监测，同时还能辅助导航，而且指示精度高可达1mrad，转速极快可达14r/s，具有轻小型化和高效能的优点，故法国海军将其列装于“戴高乐号”航空母舰之上，且广泛安装应用于航母护卫舰[13]。由于红外搜索跟踪系统具有精度高、隐蔽性好等优点，俄罗斯、以色列、荷兰和加拿大等也以红外搜索跟踪系统技术为基础，研制了串联式稳定平台，广泛应用于舰载武器装备，以提高其发射精度[14,15]。相比于串联稳定平台，并联稳定平台具有刚性好、承载能力强的优点，故国外许多科学家在并联式舰载稳定平台上也取得了

燕山大学工学硕士学位论文-4–设备的稳定上。荷兰的一家科技公司研制出了一个三自由度BM-T700接货平台，如图1-3所示，该接货平台采用了并联3SPS-3SS机构，能够补偿船舶的横尧纵尧垂荡三个方向的扰动，此平台承载力较大，最大可达700t[16,17]。挪威的AASMEK公司为了使移动中的钻井平台能够正常工作，以并联机构为基础，研制了一套海上钻井平台系统[18]，对甲板的扰动起到了很好的运动隔离，而且平台的承载面积非常大，如图1-4所示。图1-3BM-T700接货平台图1-4钻井作业并联式稳定平台除了美国、荷兰、挪威，德国科研工作者也在稳定平台方面取得了一定的成果，一家科技公司研制了一套稳定传送系统[19]，如图1-5所示。此套MOTS500人员传送系统广泛应用于没有动力定位的舰船上，这套系统可以实现对舰船六个方向的扰动补偿，此套系统既可以安装在大型舰船上，也可以安装在小型船舶上，以实现两船之间人员的快速平稳传送。图1-5MOTS500人员稳定转运装置1.2.2国内发展现状相比于国外的稳定平台技术，国内起步较晚且早期发展速度缓慢，目前串联机构
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本文编号：2874896