在建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)的背景下,海洋科學(xué)發(fā)展逐漸邁入作業(yè)裝備的智能化、海洋觀測(cè)的系統(tǒng)化、海洋技術(shù)的綜合化、海洋戰(zhàn)略的全球化時(shí)代。海工裝備如纜控水下機(jī)器人,當(dāng)遭遇惡劣環(huán)境時(shí),作業(yè)母船在較高海況下會(huì)產(chǎn)生大幅度的升沉、平搖、橫蕩、橫搖、縱蕩、縱搖六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng),并通過(guò)鎧纜連接中繼器與機(jī)器人運(yùn)動(dòng),海浪沖擊引發(fā)共振導(dǎo)致水下ROV作業(yè)升沉幅度放大,運(yùn)動(dòng)加劇,造成鎧纜斷裂和ROV的損壞。本文以提升ROV作業(yè)安全性能為出發(fā)點(diǎn),主要從水下ROV拖曳鎧纜復(fù)雜的動(dòng)態(tài)特性和采用主動(dòng)升沉補(bǔ)償技術(shù)增大解耦度兩個(gè)方面進(jìn)行深入研究,圍繞水下、水上兩個(gè)層面展開(kāi),具體內(nèi)容如下:(1)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀。介紹水下拖曳系統(tǒng)及升沉補(bǔ)償技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,以及波浪補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。(2)研究水下拖曳作業(yè)動(dòng)態(tài)載荷及狀態(tài)位形分布情況。針對(duì)海洋拖曳過(guò)程中具有的多變量、強(qiáng)非線(xiàn)性、強(qiáng)耦合、不確定性以及某些目標(biāo)點(diǎn)過(guò)程參量無(wú)法直接獲取、物理參數(shù)與拖曳狀態(tài)時(shí)變的特點(diǎn),建立系統(tǒng)地鎧纜動(dòng)力學(xué)模型,基于集中質(zhì)量法建立拖曳系統(tǒng)控制方程,根據(jù)牛頓第二定律,將級(jí)聯(lián)節(jié)點(diǎn)離散化得到連續(xù)動(dòng)態(tài)特性偏微分方程,引入時(shí)域有限差分法對(duì)運(yùn)動(dòng)偏微分方程進(jìn)行求解,編制仿真程序計(jì)算拖曳系統(tǒng)。分別給出無(wú)海流、沿海流與逆海流三種不同作業(yè)工況下的張力變化與纜繩位形,考慮多因素下拖曳系統(tǒng)的載荷張力與運(yùn)動(dòng)規(guī)律,對(duì)于提高海上安全性與作業(yè)效率具有實(shí)際意義。(3)對(duì)主動(dòng)升沉補(bǔ)償系統(tǒng)及其模型進(jìn)行設(shè)計(jì)與詳細(xì)的分析。首先簡(jiǎn)單介紹主動(dòng)升沉補(bǔ)償器的分類(lèi)及其工作原理,運(yùn)用載荷公式表述出被動(dòng)補(bǔ)償中活塞桿位移量與中繼器負(fù)載升沉量之間的關(guān)系,從公式角度闡述每一個(gè)補(bǔ)償周期的實(shí)現(xiàn)過(guò)程;通過(guò)李導(dǎo)數(shù)推導(dǎo)確定出系統(tǒng)輸出和干擾相對(duì)程度,為進(jìn)入工程化應(yīng)用提供一定的理論基礎(chǔ)。(4)研究主動(dòng)升沉補(bǔ)償系統(tǒng)電液位置伺服非線(xiàn)性控制策略。主動(dòng)升沉補(bǔ)償電液位置伺服控制過(guò)程中,考慮到復(fù)雜工況下系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)切換過(guò)程中,由于飽和函數(shù)的不連續(xù)性,存在對(duì)s進(jìn)行求導(dǎo)的場(chǎng)合,消抖性能顯著下降,引入雙曲正切函數(shù)可有效地降低滑�？刂�(SMC)中的抖振。通過(guò)基于雙曲正切函數(shù)期望補(bǔ)償非線(xiàn)性級(jí)聯(lián)控制(DCNC)策略的絞車(chē)提升式補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),提出了詳細(xì)的非線(xiàn)性數(shù)學(xué)模型。針對(duì)拖曳補(bǔ)償過(guò)程中參數(shù)不確定性及系統(tǒng)外部負(fù)載擾動(dòng),設(shè)計(jì)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器(ESO)進(jìn)行預(yù)估并有效抑制預(yù)估擾動(dòng),避免了滑輪組的加速度反饋,并與DCNC組成含擴(kuò)張觀測(cè)器的期望補(bǔ)償級(jí)聯(lián)控制器(DCNCESO),有效地提高了系統(tǒng)的魯棒性。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類(lèi)】：P75
【部分圖文】：

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文??個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)鎧纜連接中繼器與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，海浪沖擊引發(fā)共振導(dǎo)致??水下ＲＯＶ作業(yè)升沉幅度放大，運(yùn)動(dòng)加劇，造成鎧纜斷裂和ＲＯＶ的損壞。??圖１－１纜控水下機(jī)器人??為解決上述問(wèn)題，本文以水下ＲＯＶ拖曳系統(tǒng)纜繩動(dòng)態(tài)特性和主動(dòng)升沉補(bǔ)償??技術(shù)兩個(gè)方面進(jìn)行深入研究，引入有效的升沉補(bǔ)償附加裝置實(shí)現(xiàn)解耦。通過(guò)建立??合適的數(shù)學(xué)模型、數(shù)值運(yùn)算，得到纜繩內(nèi)張力、纜形形態(tài)和末端位移等參考量，??分析在無(wú)海流、沿海流與逆海流等海流作用、鎧纜長(zhǎng)度變化及各海況環(huán)境下的纜??繩動(dòng)態(tài)特性，分析多因素下拖曳系統(tǒng)的載荷張力和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為水下機(jī)器人作業(yè)??系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供科學(xué)根據(jù)。進(jìn)一步地，設(shè)計(jì)主動(dòng)升沉系統(tǒng)來(lái)降低共振觸發(fā)幾率、降??低纜繩內(nèi)張力波動(dòng)與ＲＯＶ升沉幅度，保證了作業(yè)的安全性能，對(duì)于提高海上安??全性與作業(yè)效率具有實(shí)際意義。??１．２水下拖曳系統(tǒng)建模國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀??建立水下拖曳系統(tǒng)模型便于描述ＲＯＶ在水下復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)特性，便于分析水??下纜繩、母船運(yùn)動(dòng)等系統(tǒng)內(nèi)外因素之間的聯(lián)系。拖曳系統(tǒng)由拖體負(fù)載、纜索吊裝??以及拖曳收放裝置組成，拖體內(nèi)部根據(jù)其用途搭載有溫度、鹽度、深度等探測(cè)傳??感器或聲學(xué)、光學(xué)等物理傳感器；纜索承受外拉伸張力的同時(shí)，也是傳感器信號(hào)??采集、電源供給傳輸?shù)耐ǖ馈榱藴?zhǔn)確描述和預(yù)測(cè)拖曳系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)操??縱作業(yè)的精確控制，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量研究，針對(duì)拖纜和拖體的水動(dòng)力理論，??搭建出系統(tǒng)水動(dòng)力模型，主要包括：集中質(zhì)量法、有限差分法、有限元法和直接??積分法等。??２??

ｔｅｒ?Ｄｒｉｌｌｉｎｇ?Ｓｏｌｕｔｉｏｎ?ＡＳ（ＣＤＳ）公司以及德國(guó)的?Ｒｅｘｒｏｔｈ?公司等。??Ｄｙｎａｃｏｎ公司［１８］成立于１９８６年，是一家專(zhuān)門(mén)從事于絞車(chē)收放裝置、升沉補(bǔ)??償器設(shè)計(jì)制造的專(zhuān)業(yè)技術(shù)公司，為斯克里普斯海洋研究所科考船與美國(guó)海軍調(diào)查??船提供過(guò)多款升沉補(bǔ)償系統(tǒng)。目前主流的產(chǎn)品為ＣＴＤ運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償起重機(jī)模型（包括??“?Ｍｏｄｅｌ?６３０?”?與?“?Ｍｏｄｅｌ?１０７５?”），滑輪組升沉補(bǔ)償器（包括?“?Ｍｏｄｅｌ?５０１?”?與?“?Ｍｏｄｅｌ??１１６０”），如圖１－２所示，性能參數(shù)指標(biāo)如表１－１所示。圖ｌ－２（ａ）為６３０型起重機(jī)??模型，安全工作載荷為１８００ｋｇ，升沉補(bǔ)償范圍為±１．２５ｍ，船外伸出極限為７．０ｍ。??圖ｌ－２（ｂ）為１０７５型ＣＴＤ補(bǔ)償起重機(jī)模型，安全工作載荷為３４００ｋｇ，升沉補(bǔ)償范??圍同為±１．２５ｍ，滑輪胎面直徑為５．５ｍ。圖ｌ－２（ｃ）為５０１型被動(dòng)升沉補(bǔ)償裝置，??安全工作載荷可達(dá)９０００ｋｇ，升沉補(bǔ)償范圍為±２．７５ｎｉ。圖ｌ－２（ｄ）為１１６０型被動(dòng)升??沉補(bǔ)償器，其滑輪直徑為１．２ｍ，安全工作載荷高達(dá)１５９００ｋｇ，升沉幅度為土３．５ｍ。??（ａ）?Ｍｏｄｅｌ?６３０?（ｂ）?Ｍｏｄｅｌ?１０７５?（ｃ）?Ｍｏｄｅｌ?５０１?（ｄ）?Ｍｏｄｅｌ?１１６０??圖１－２?Ｄｙｎａｃｏｎ公司主流的升沉補(bǔ)償裝置??４??

５?１＿２?１．２??Ｎａｔｉｏｎａｌ?Ｏｉｌｗｃｌｌ?Ｖａｒｃｏ?（ＮＯＶ）是一家位于德克薩斯州休斯頓的美國(guó)跨國(guó)公??司，主要從事于石油和天然氣鉆探和生產(chǎn)作業(yè)，是油田服務(wù)以及上游石油和天然??氣行業(yè)的供應(yīng)鏈集成服務(wù)所用設(shè)備和組件提供商ＮＯＶ目前主要提供三種??類(lèi)型的升沉補(bǔ)償裝置，包括應(yīng)用丫？鉆井平臺(tái)的天車(chē)補(bǔ)償器（ＣＭＣ）、游車(chē)型直線(xiàn)補(bǔ)??償器（ＤＬＣ）、鉆柱補(bǔ)償器（ＤＳＣ）。圖ｌ－３（ａ）為高耐久性的主動(dòng)升沉補(bǔ)償海丨：起甫機(jī)；??圖ｌ－３（ｂ）為天車(chē)補(bǔ)償裝置，具體分類(lèi)如圖１－４所示，該裝置在鉆井過(guò)程中能提供??恒定張力并對(duì)鉆井系統(tǒng)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，補(bǔ)償缸屮的液壓鎖緊裝置保證了補(bǔ)償過(guò)程??中可在任意位置鎖定，ＮＯＶ公司也提供了?７種不同類(lèi)型的天車(chē)補(bǔ)償裝置，性能??參數(shù)指標(biāo)見(jiàn)表１－２所示。閣卜３（ｃ）為單缸游車(chē)型直線(xiàn)補(bǔ)償裝置，該裝置配有空氣??壓縮氣缸可減少運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償過(guò)程中的外界干擾。另外，ＮＯＶ研發(fā)的主動(dòng)絞車(chē)補(bǔ)償??裝置（ＡＨＤ）也被廣泛使用，不再限制于鉆井領(lǐng)域平臺(tái)，如圖卜５所示為ＡＨＤ－７５０，??省去了鉆柱運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償部分，節(jié)宵出大量空間，動(dòng)力源來(lái)自絞車(chē)本身，具有二次能??１回收的設(shè)計(jì)理念。??（ａ）海上起重機(jī)?（ｂ）天車(chē)補(bǔ)償裝置?（ｃ）直線(xiàn)補(bǔ)償裝置??圖１－３?ＮＯＶ公司研發(fā)的升沉補(bǔ)償裝置??Ｃａｓｔｅｒ?Ｄｒｉｌｌｉｎｇ?Ｓｏｌｕｔｉｏｎ?（ＣＤＳ）公＂彳設(shè)計(jì)出多款模塊化升沉補(bǔ)償裝置，在海洋??油氣幵發(fā)、深�？碧筋I(lǐng)域中投入丨、Ｖ：用，集成性能好、完備性高等優(yōu)點(diǎn)＠１。如圖１－??６（ａ）為?ＭＨＣ３０／３０ｍＴ－１２．５?型，圖?ｌ－６（ｃ）為?ＭＡＨＣ８９０／８９０－８．２?型號(hào)，兩種類(lèi)型均??５??
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 田烈余;孫瑜霞;陳宗恒;張青苗;;海馬號(hào)ROV升沉補(bǔ)償系統(tǒng)張力與壓力特性研究[J];中國(guó)水運(yùn)(下半月);2017年11期

2 劉振東;張彥廷;劉明宇;于曉光;葛政;黃魯蒙;;天車(chē)升沉補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];液壓與氣動(dòng);2020年05期

3 鄢華林;宋林;;深海采礦裝置升沉補(bǔ)償控制系統(tǒng)研究[J];機(jī)床與液壓;2011年24期

4 肖體兵,吳百海,鄒大鵬,龍建軍;深海采礦升沉補(bǔ)償系統(tǒng)非線(xiàn)性仿真模型的建立和試驗(yàn)[J];中國(guó)機(jī)械工程;2004年09期

5 陳磊;肖體兵;葛友明;吳百海;;超深浮式鉆井絞車(chē)型升沉補(bǔ)償系統(tǒng)絞車(chē)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J];機(jī)床與液壓;2017年05期

6 項(xiàng)林;;船用起重機(jī)升沉補(bǔ)償系統(tǒng)建模與仿真研究[J];通訊世界;2015年01期

7 王海波;王慶豐;;水下拖曳升沉補(bǔ)償系統(tǒng)的非參數(shù)模型自適應(yīng)控制[J];控制理論與應(yīng)用;2010年04期

8 楊文林;張?bào)糜?張艾群;;水下機(jī)器人主動(dòng)升沉補(bǔ)償系統(tǒng)研究[J];海洋工程;2007年03期

9 肖體兵;吳百海;龍建軍;;深海作業(yè)裝置主動(dòng)型升沉補(bǔ)償系統(tǒng)控制器的研究[J];液壓與氣動(dòng);2008年04期

10 張彥廷;陳帥;劉振東;王康;黃魯蒙;;天車(chē)升沉補(bǔ)償試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真研究[J];液壓與氣動(dòng);2018年07期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 黃魯蒙;海洋鉆井絞車(chē)升沉補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)及控制策略研究[D];中國(guó)石油大學(xué)(華東);2015年

2 肖體兵;深海采礦裝置智能升沉補(bǔ)償系統(tǒng)的研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2004年

3 曾智剛;波浪運(yùn)動(dòng)升沉補(bǔ)償液壓平臺(tái)關(guān)鍵問(wèn)題試驗(yàn)研究[D];華南理工大學(xué);2010年

4 王海波;水下拖曳升沉補(bǔ)償液壓系統(tǒng)及其控制研究[D];浙江大學(xué);2009年

5 姜浩;海洋浮式鉆井平臺(tái)鉆柱升沉補(bǔ)償系統(tǒng)研究[D];中國(guó)石油大學(xué)（華東）;2013年

6 李世振;重型海工裝備升沉補(bǔ)償電液控制系統(tǒng)研究[D];浙江大學(xué);2016年

7 施小成;ROV工作母船動(dòng)力定位控制系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2001年

8 李流軍;動(dòng)力吸振式深海采礦主動(dòng)升沉補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)及控制研究[D];中南大學(xué);2012年

9 紀(jì)祥春;基于圖像數(shù)據(jù)融合的管線(xiàn)跟蹤ROV導(dǎo)航控制研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2006年

10 朱康武;作業(yè)型ROV多變量位姿魯棒控制方法研究[D];浙江大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 龔良奎;面向水下ROV拖曳作業(yè)與主動(dòng)升沉補(bǔ)償控制技術(shù)研究[D];山東大學(xué);2020年

2 揭曉俠;波流干擾下深海ROV系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)和升沉補(bǔ)償研究[D];寧波大學(xué);2017年

3 周健;船用吊放設(shè)備升沉補(bǔ)償試驗(yàn)系統(tǒng)研究[D];華中科技大學(xué);2019年

4 秦楊;浮式鉆井平臺(tái)絞車(chē)升沉補(bǔ)償控制算法研究[D];中國(guó)石油大學(xué)(北京);2018年

5 張煌;二次調(diào)節(jié)主動(dòng)升沉補(bǔ)償系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)[D];華中科技大學(xué);2019年

6 劉栩;海洋鉆井平臺(tái)絞車(chē)升沉補(bǔ)償半實(shí)物仿真系統(tǒng)研究[D];中國(guó)石油大學(xué)(北京);2018年

7 陳云飛;深海浮式鉆井平臺(tái)升沉補(bǔ)償系統(tǒng)負(fù)載的仿真及實(shí)驗(yàn)室模擬[D];廣東工業(yè)大學(xué);2019年

8 黃金勇;船用起重機(jī)節(jié)能型絞車(chē)-缸升沉補(bǔ)償系統(tǒng)研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2019年

9 史明濱;天車(chē)型鉆柱升沉補(bǔ)償試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真研究[D];中國(guó)石油大學(xué)(華東);2017年

10 張寶平;基于電液比例技術(shù)的深海鉆井升沉補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];中國(guó)石油大學(xué)(華東);2017年

本文編號(hào)：2880512