造波机运动控制技术的研究与实现

论文摘要

在实验水池中实现海上环境的模拟是随着海洋开发工程而兴起的一门实验研究技术,除风、流的模拟之外,波浪的模拟是极为重要的。波浪对船舶、水利、海工建筑、海上石油开采等许多领域的研究都具有重要的意义。造波机正是这样一种可以在实验环境中产生模拟波浪的设备。本文介绍了造波机研制技术的现状与发展趋势,并对运动数字控制系统及其系统组成作了深入研究,重点研究ROCKWELL公司的Softlogix5800可编程控制器、集成SERCOS接口的运动控制器的原理和实际应用、梯形图编程等。综合项目的要求和特点,选定最佳造波方式并对其原理作了阐述。设计出的造波机控制系统是利用RSLogix5000编写程序,下载到软控制器中,通过SERCOS接口连接伺服驱动器,以光纤为传输媒介,将控制信号传送到伺服驱动器,控制伺服电机工作,通过编码器反馈线进行电机反馈。并对所设计出来的系统各组成部分进行了详细的论述。最后,在软件的设计与实现一章中阐述了利用VC编写的主程序及Rslogix5000编写的控制软件设计,并详细介绍了两者之间的通讯的方式,给出了相应的编程实例。造波系统建立后,进行了造波实验,通过规则波实验及其重复性实验,结果表明该系统造波效果良好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 波浪模拟技术的国内外发展状况
• 1.3 造波理论的发展
• 1.4 本文的主要工作
• 2 运动控制系统及其技术研究
• 2.1 运动数字控制系统结构
• 2.1.1 运动数字控制系统的组成
• 2.1.2 运动数字控制系统的特点及分类
• 2.1.3 运动数字控制器现状
• 2.2 交流伺服运动控制系统简介
• 2.2.1 伺服运动控制系统技术概述
• 2.2.2 交流伺服电动机的控制模式
• 2.3 可编程控制器的基本原理
• 2.3.1 可编程控制器的基本控制原理
• 2.3.2 可编程控制器的工作过程
• 2.3.3 可编程控制器与微机及继电器控制的区别
• 2.4 SERCOS接口应用技术
• 2.4.1 SERCOS接口对控制结构的重要作用
• 2.4.2 SEROCS接口的特性
• 2.4.3 SERCOS接口的应用
• 2.5 执行机构技术分析
• 2.5.1 步进电机的原理和特点
• 2.5.2 交流伺服系统的原理和特点
• 2.6 梯形图编写控制程序
• 2.6.1 基本概念
• 2.6.2 梯形图设计规则
• 2.6.3 语句编程规则
• 3 基本造波理论
• 3.1 摇板造波理论
• 3.2 推板造波理论
• 4 造波机系统组成与总体设计
• 4.1 造波机系统组成
• 4.1.1 滚珠丝杠副及直线导轨副
• 4.1.2 数据采集系统
• 4.1.3 伺服系统工作前的调试
• 4.1.4 水位传感器—波高仪
• 4.2 造波机系统的总体设计
• 4.2.1 造波方式的选择
• 4.2.2 驱动方式选择
• 4.2.3 控制方式的选择
• 5 电机驱动部分的设计
• 5.1 电机及驱动器的选取
• 5.2 伺服电机的过载能力
• 5.3 电机驱动器工作方式的选择
• 6 造波机运动控制系统的设计与实现
• 6.1 造波机运动控制系统组成
• 6.1.1 系统硬件组成
• 6.1.2 运动控制器的选用
• 6.2 控制系统结构设计
• 6.2.1 硬件总体连接方式
• 6.2.2 驱动器的连接方式
• 6.2.3 CN1（44针引脚）的应用
• 7 造波机运动控制系统软件总体设计与实现
• 7.1 软件总体结构设计
• 7.2 VC主程序软件功能设计
• 7.2.1 主程序软件功能设计
• 7.2.2 主程序软件操作流程
• 7.2.3 主程序软件流程
• 7.3 运动控制软件设计
• 7.3.1 运动控制软件流程
• 7.3.2 运动控制软件操作流程
• 7.3.3 运动控制软件
• 8 造波机性能测试
• 9 结论
• 10 展望
• 11 参考文献
• 12 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 13 致谢