六自由度波浪补偿平台的神经网络自适应反馈线性化控制

六自由度波浪补偿平台所采用的大长径比非对称液压系统在深海区需完成大跨度、高速度的波浪补偿任务,这为控制系统的控制精度和抗干扰能力带来严峻的挑战.引入径向基神经网络(RBFNN)辨识,提出一种自适应反馈线性化控制策略.首先,建立六自由度波浪补偿平台非对称液压系统的非线性模型.然后,基于RBFNN辨识利用反馈线性化设计自适应控制器.最后,利用MATLAB/Simulink开展五级海浪(90°遭遇角恶劣工况)作用下和外力干扰下的仿真分析.结果表明：相比于经典比例系数-积分系数-微分系数(PID)和滑模控制,新型控制器控制精度和抗干扰能力明显提高,更适合用于复杂海况下六自由度波浪补偿平台的控制,且具有很好的跟踪效果和较强的稳健性,可为深海区六自由度波浪补偿平台控制系统设计提供参考.     

舰(船)载直升机稳定平台系统的预报控制试验研究

为提高舰(船)载直升机的起降安全性,在船舶上建立一个具有波浪运动补偿功能的稳定平台.提出预报控制方案,通过船舶运动预报,提前获取船舶未来的运动趋势,并在船舶运动发生前采取相应的控制策略来补偿船舶的运动.试验结果表明,该方案可在一定程度上解决系统的滞后问题,提高系统的补偿精度.     

主动式升沉补偿控制系统及运动预报

针对主动式升沉补偿系统的时滞特性会造成控制效果变差甚至使系统失稳问题,考虑采用模型预测控制算法对其进行控制.并从提高系统抗干扰性角度出发,将模糊-比例积分微分(PID)控制与模型预测控制进行结合形成预测模糊PID控制,并将其与动态矩阵PID控制进行了仿真比较.最后为了进行实时的升沉补偿,采用时间序列法自回归预测模型对吊装点的运动进行了预报.仿真结果表明:预测模糊PID控制在系统存在时滞的情况下既保证了系统的稳定性又提高了系统的抗干扰性;时间序列法自回归预测模型对于极短期的运动预报具有较高的预测精度,可以满足主动式升沉补偿系统的预报要求.     

基于六自由度平台的船载波浪补偿系统控制策略研究

研究一种基于双层六自由度平台的船载波浪补偿系统的控制策略,该系统由船舶运动模拟平台和波浪补偿稳定平台两级子系统构成.传统的半闭环控制策略将平台位姿转化成6个单通道的位置控制,无法克服机构误差和位姿扰动.本文提出一种基于交叉耦合思想,利用雅克比矩阵和运动学反解的全闭环控制策略,应用于船舶波浪补偿稳定平台.仿真结果证明,全...     

基于模糊逻辑系统的采矿船升沉补偿控制方法研究

在对海洋资源进行开采的过程中,采矿船是必不可少的一种海工装备,当采矿船在海上作业时,由于海浪的涌动会使采矿船作升沉运动,从而严重影响水下作业的采矿系统。为了减少升沉运动产生的影响,因此需要对采矿船进行升沉补偿,提出了一种基于液压缸的主被动一体式复合型升沉补偿系统。同时为了进一步减少升沉干扰下的补偿误差以提高控制精度,提出了一种基于Mamdani型的模糊比例积分微分(proportion integral derivative, PID)控制策略。首先对升沉补偿的原理进行介绍,随后基于莫尔经验公式推导出在不同海况下采矿船的升沉幅值的数值曲线,并建立所提升沉补偿系统的数学模型和传递函数,最后用所提的模糊控制算法对升沉补偿系统进行控制。分别在规则海浪波和不规则海浪波下对系统进行仿真,并把模糊PID控制策略的效果和传统PID控制策略的效果进行比较。结果表明：在两种海浪波下,模糊控制策略的精度要优于传统PID控制策略的精度,可证明模糊控制算法有着明显的优势。     

水下拖曳系统升沉补偿液压控制系统研究

针对复杂海洋环境下拖船升沉运动对拖体定深的影响问题,提出了一种水下拖曳系统的升沉补偿控制机理并设计了其补偿系统.基于对缆绳张力影响分析提出了收放速度与升沉速度沿缆绳方向合力为零的升沉补偿机理,通过控制收放缆绳运动来抵消拖体升沉运动并达到理想拖曳速度,基于PID校正方法提高系统的相对稳定性、增加频率带宽设计了升沉补偿控制I型系统.根据线性波理论描述波浪力,通过AMESim软件软件中的液压模块、机械模块和控制模块对水下拖曳系统作业过程进行虚拟样机建模.以调整工况和收放工况为例,对控制前后拖曳体在3种不同海况条件下收放速度、缆绳张力等问题进行计算仿真.仿真实验结果表明,拖曳系统速度补偿效果明显改善,张力波动得到抑制.     

船舶动力定位非线性预测控制器的设计

针对海洋环境扰动力对海上作业船只的影响,导致船舶动力定位系统具有较强非线性这一情况,本文结合广义预测控制技术,设计了一种船舶动力定位非线性预测控制器。该控制器通过非线性估计滤波得出船舶非线性运动的总扰动,利用广义预测反馈校正进行补偿,并根据得到的预测值对船舶进行定位控制。经过仿真实验证明控制器具有较强鲁棒性和适应性。     

一种新型船用起重机综合补偿系统原理及运动学模型

针对深水吊装作业摆动抑制和升沉补偿问题,提出一种新型船用起重机综合补偿系统.在船用起重机底座加装防摇平台,使船用起重机保持平稳.船舶升沉运动则由液压绞车补偿,从而降低综合补偿的能耗.介绍综合补偿系统的组成和原理,并进行系统的运动学建模,求得在船舶横摇角、纵摇角、升沉条件下各个转动关节的关节角及对应液压缸的长度.     

船舶操纵的高斯势函数神经网络PID控制器研究

针对船舶操纵这种非线性、时变参数控制对象,提出了一种采用高斯势函数神经网络的自适应PID控制系统,该系统由2个高斯势函数神经网络组成,其中一个用于船舶运动模型的辨识,另一个用于PID学习控制。文中还提出了广义递归最小二乘学习算法,以便加快网络训练速度。船舶操纵的仿真结果表明此法明显优于传统的PID控制器。     

船舶航向非线性系统自适应模糊补偿控制

摘要： 研究了船舶直航和谐波航向控制问题.基于Lyapunov稳定性理论,将自适应模糊补偿技术应用到船舶航向非线性响应模型中,利用万能逼近定理构造模糊系统逼近系统中的未知非线性,提出了一种基于自适应模糊补偿且带有物理约束二阶滤波器的鲁棒跟踪控制器.运动响应模型考虑了建模误差和外界干扰,模糊系统能有效地逼近非线性系统,控制器能够准确地跟踪预设航向和转首角速度.舵角控制结合舵机伺服系统模型,操舵情况符合物理现实. 数值仿真在相同控制参数下与传统比例 微分(PD)控制作比较,结果验证了自适应模糊控制器的有效性和优越性.     

半潜式海上浮式风力机平台设计及水动力响应

 为了开发海上风能资源,探索浮式风力机平台响应特性,设计了一种半潜式海上浮式风力机平台样机。利用风压模型模拟风力机气动载荷,基于势流理论和Morison方程计算水动力载荷,并根据阻尼矩阵计算阻尼力和系泊线载荷,建立了海上浮式风力机运动响应数值模型。制作了1/50的试验模型,并在水池进行水动力实验,对垂荡板在设计中的作用进行了验证,测量了模型的固有周期、衰减系数以及规则波条件下的响应等,对比发现数值模型结果与实验结果吻合较好。在无风和额定工况下进行系统随机响应特性数值分析,通过统计数据和响应频谱研究了风力机气动载荷对风力机平台运动特性的影响。发现该系统数值模型时效性好并可以真实反映浮式风力机平台的运动特性,平台垂荡、纵摇、纵荡的响应结果满足海上浮式风力机系统对平台的性能要求。设计中加入垂荡板使平台垂荡和纵摇的固有周期和衰减系数增加,提高了系统的稳定性。风力机气动载荷对纵摇传递函数产生有益的抑制,但会放大纵摇和纵荡在共振区的响应。     

机械驱动式天车升沉补偿装置研究

浮式钻井平台在深水作业过程中,液压驱动式天车升沉补偿装置由于技术成熟而得到广泛应用。针对液压驱动系统存在反应滞后性较大,补偿精度不高的缺点,提出了一种以主动齿轮-从动齿轮-直齿条轨道作为天车补偿驱动传递机构,以驱动电机作为补偿动力来源的机械驱动式天车升沉补偿装置,以提高天车升沉补偿的精度和效率。在对补偿装置机械驱动工作原理分析基础上,提出机械驱动式天车补偿装置的具体结构形式,并对主动齿轮与从动齿轮在传动过程中的受力情况进行分析,得到两齿轮在升沉补偿运动过程中的载荷分布。采用动力学分析方法对从动齿轮和直齿条轨道的传动过程进行分析,建立齿轮-齿条啮合过程动力振动分析模型,得到该过程的力矩平衡方程。采用该机械驱动结构会对直齿条轨道产生一定的振动激励。     

浮式海洋钻井钻柱对大钩位移的响应分析

海洋钻井平台的升沉运动对钻柱、钻压以及钻井操作具有较大影响.建立海洋浮式钻井平台钻柱系统动力学模型,利用级数法和机械振动理论求解得到钻柱系统运动响应,推导得出大钩位移量与钻压变化量的数学公式,通过Matlab计算得到给定钻柱长度下大钩的允许位移.分析计算结果为浮式钻井平台升沉补偿装置的开发提供设计依据,可以作为升沉补偿...     

承压水基坑突涌机制离心模型试验与数值模拟

软土地区的深基坑工程,在承压水作用下容易发生管涌、流土和隔水层整体顶升等形式的突涌破坏.结合紧邻地铁枢纽深大基坑工程,设计了基坑突涌离心模型试验,模拟不同承压水位作用下黏性土体隔水层突涌状态,并建立有限元数值模型,分析试验水位压力下坑底土体的应力应变机制.离心模型试验和数值模拟结果表明,在承压水压力作用下,坑底隔水层产生向上的隆起变形,并且基坑中间位置变形量大,随着水位的升高,土体变形曲率增大;基坑围护墙附近的隔水层土体剪切应变大于体积应变,而隔水层与承压含水层的界面处体积应变较大,产生水压楔裂作用并形成有效应力为零的区域;黏性土体隔水层在剪切效应与界面楔裂效应的共同作用下,发生整体顶升破坏.     

深水钻井补偿绞车的节能机理及解耦控制方案研究

为解决深水钻井电动补偿绞车能耗过高、钢丝绳磨损严重及运动耦合的技术问题,针对不同钻井作业过程,分析电动补偿绞车的节能潜力,提出一套基于能量回收的新型液压驱动方案,可以对不同钻井作业过程中的负载重力势能及绞车回转系统的惯性动能进行回收与再利用;分析电动补偿绞车的运动耦合机理,进而提出多套软硬件解耦控制方案,可以实现升沉补偿运动与自动送钻运动的解耦控制。设计绞车补偿系统的关键结构参数,研制一套原理样机及其试验系统,并针对不同海况与工况进行仿真与试验研究。结果表明:新型液压驱动方案相对于电驱动方案具有明显的节能效果;绞车的大滚筒结构提高了钢丝绳的使用寿命;基于差动行星传动与基于双绞车驱动的两种硬件解耦方案控制效果良好,满足海洋浮式钻井的性能要求。     

频域内海洋资料浮标垂荡运动特性研究

随波性作为海洋资料浮标的重要设计参数,影响着波浪参数的测量准确度。本文应用三维势流理论计算了圆盘浮标体的附加质量、兴波阻尼系数等水动力系数以及波浪激励力,基于单自由度运动方程研究了自由浮标的垂荡响应。考虑锚链垂向弹性回复刚度系数对浮标垂荡的影响,研究了两种类型系泊浮标在波浪中的垂荡运动响应。研究发现,直径3 m浮标较直径10 m浮标具有更好的随波性,且锚链对3 m浮标的垂荡运动的影响较10 m浮标更为显著。研究结果对波浪传感器的参数修正具有重要意义。     

液压基座平台的振动控制方程与动力响应

将液压基座平台上部装置简化为一个质量单元，考虑平台的刚体运动和液压控制系统的耦合，建立了平台系统的运动控制方程。根据平台受迫后运动的稳定条件和工程控制理论，提出了液压系统反馈流量系数的计算条件，应用Laplace变换，提出了时域和频域内平台动力响应计算方法。应用该方法设计了平台的控制系统并计算了平台的动力响应。结果表明，该方法可以有效提高平台动力 稳定性和减小平台振动。     

液压螺旋压力机液压冲击的控制

液压螺旋压力机的液动机油腔由卸压状态转换为高压的压力瞬变过程中,若控制不当,必然会产生剧烈的液压冲击.本文分析了液动机作直线运动、螺旋运动和旋转运动的三种液压螺旋压力机液压冲击的控制机理及方法,建立了计算模型,可使液压系统具有运行平稳的优良特性.     

宽煤柱瓦斯尾巷底鼓综合治理技术研究

针对3303工作面宽煤柱瓦斯尾巷底鼓严重问题,分析了底鼓发生的影响因素,确定了深孔松动爆破、底板加固、底板水控制综合治理技术方案。对深孔松动爆破卸压参数进行了设计,采用底梁加单体液压支柱组成的支护形式进行了底板加固。从巷道表面位移变形观测数据分析知,底鼓综合治理方案取得了较好的效果,基本解决了瓦斯尾巷底鼓问题。