本文關(guān)鍵詞：船舶甲板吊放設(shè)備升沉補(bǔ)償系統(tǒng)研究

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【摘要】：眾所周知,21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)。海洋領(lǐng)域的探索活動(dòng)不斷推動(dòng)著資源采集、海洋運(yùn)輸和海洋工程設(shè)備的發(fā)展,海洋工程裝備技術(shù)的發(fā)展直接影響著經(jīng)濟(jì)發(fā)展與國家安全,海洋裝備的重要性越來越明顯。海洋裝備的海上作業(yè)能力是衡量各國海上能力的重要指標(biāo)。海上船舶在進(jìn)行作業(yè)時(shí),波浪升沉運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)船舶產(chǎn)生很大影響,這會(huì)給作業(yè)帶來很多困難和安全隱患,此時(shí)需要升沉補(bǔ)償裝置完成輔助作業(yè)。通過升沉補(bǔ)償,可以增強(qiáng)海上作業(yè)的安全性和可靠性。本文設(shè)計(jì)了一種基于并聯(lián)結(jié)構(gòu)液壓缸組的主被動(dòng)一體式升沉補(bǔ)償系統(tǒng),該系統(tǒng)具備被動(dòng)式補(bǔ)償和半主動(dòng)式補(bǔ)償兩種工作方式,可以根據(jù)不同工況進(jìn)行切換;該系統(tǒng)也具備四倍增距結(jié)構(gòu),克服了在較惡劣海況下工作時(shí)波浪幅值過大不便補(bǔ)償?shù)膯栴}。同時(shí),對(duì)該系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)主要參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算,為進(jìn)一步的仿真分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。對(duì)被動(dòng)式補(bǔ)償工況進(jìn)行了原理分析、動(dòng)力學(xué)分析、數(shù)學(xué)建模和時(shí)域分析,分析結(jié)果表明:適當(dāng)增大系統(tǒng)阻尼比有利于提高系統(tǒng)補(bǔ)償率。在此基礎(chǔ)上提出了基于節(jié)流方法的阻尼校正方案,多組仿真結(jié)果對(duì)比表明,此改進(jìn)方法可以有效地提高系統(tǒng)補(bǔ)償率;波浪頻率對(duì)補(bǔ)償效果影響很大,應(yīng)著重進(jìn)行頻率特性分析;同時(shí)仿真結(jié)果也體現(xiàn)出被動(dòng)式補(bǔ)償系統(tǒng)的局限性,補(bǔ)償率不高,需引入主動(dòng)補(bǔ)償部分以提高補(bǔ)償率;在某些特殊海況條件下甚至?xí)霈F(xiàn)負(fù)補(bǔ)償,簡要分析了這種極端情況的原因和應(yīng)對(duì)措施。對(duì)本系統(tǒng)的半主動(dòng)式補(bǔ)償工況進(jìn)行了原理分析、動(dòng)力學(xué)分析、數(shù)學(xué)建模和頻率特性分析,著重分析了系統(tǒng)的固有頻率和阻尼比對(duì)系統(tǒng)的影響,結(jié)果表明適當(dāng)調(diào)整系統(tǒng)的固有頻率和阻尼比有利于校正控制系統(tǒng)參數(shù)、設(shè)計(jì)出合適的控制方案。在此基礎(chǔ)上提出了速度和加速度反饋控制算法,即在控制系統(tǒng)原有的位置反饋基礎(chǔ)上結(jié)合速度和加速度反饋,通過調(diào)整速度反饋系數(shù)和加速度反饋系數(shù)來得到合適的固有頻率和阻尼比,以定量調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)。利用伯德圖,對(duì)校正后的系統(tǒng)進(jìn)行了頻率特性分析,分析結(jié)果表明:此校正方案可調(diào)整系統(tǒng)的幅值裕度和相位裕度至合適值,增大系統(tǒng)帶寬,使校正后系統(tǒng)具有較好的頻率性能指標(biāo)。為了充分驗(yàn)證以上兩種改進(jìn)方案的有效性,進(jìn)行了基于Amesim-Adams的聯(lián)合仿真,簡述了聯(lián)合仿真的方法與步驟,并進(jìn)行多組海況下的對(duì)比仿真。仿真結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的主被動(dòng)一體式升沉補(bǔ)償系統(tǒng)及其改進(jìn)方案能對(duì)波浪進(jìn)行很好地補(bǔ)償,能夠滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求,基于AMESim-Adams的聯(lián)合仿真方法能為升沉補(bǔ)償系統(tǒng)提供一個(gè)虛擬試驗(yàn)平臺(tái)。在以上理論分析和仿真的基礎(chǔ)上,開展了縮比試驗(yàn)樣機(jī)的研制工作。利用相似理論,對(duì)原型和模型進(jìn)行了相似性分析,并在分析的基礎(chǔ)上計(jì)算出基于并聯(lián)結(jié)構(gòu)液壓缸組升沉補(bǔ)償試驗(yàn)樣機(jī)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。完成了試驗(yàn)樣機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、下位機(jī)控制軟件系統(tǒng)開發(fā)和上位機(jī)軟件系統(tǒng)開發(fā),以及控制系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)的集成,為以后理論驗(yàn)證、算法優(yōu)化和系統(tǒng)改進(jìn)提供良好的試驗(yàn)平臺(tái)。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U664.4

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本文編號(hào)：1150105