收放式减摇鳍的操纵与控制研究

论文摘要

船舶在海上航行时,由于受到海浪、海风等因素的作用,不可避免地产生各种摇荡,剧烈的摇荡对船舶的适航性、船舶的安全航行、船上的设备、货物及乘员都产生了不利的影响。为此,人们一直在寻求减小船舶摇荡的方法,研制了许多控制船舶摇荡的装置。减摇鳍就是其中之一。减摇鳍分为不可收放式减摇鳍和可收放式减摇鳍。本文主要研究可收放式减摇鳍,并对其操纵和控制进行了研究。在目前生产装船的收放式减摇鳍操纵系统中,系统的电路大多采用模拟器构成。模拟电路的缺点显而易见,在控制精度和可靠性、灵活方面都有局限性。随着电子技术的迅猛发展,收放式减摇鳍系统也不断完善和改进,将PLC应用于系统中也就成为一种必然趋势。鳍的操纵系统采用数字控制系统,使用微机系统通过网络把机旁,集中控制室,驾驶室等操作部位连接起来。对装置的操作可在驾驶室也可在机旁。机旁控制箱具有较好的自诊断功能,能自动进行故障显示,报警,并把工作状态和故障信息通过网络送到船舶集中报警系统中。本文在原有的NJ型收放式减摇鳍原理图的基础上,画出了收放式减摇鳍的电路原理图,收放式减摇鳍采用了收放鳍和转鳍相互独立的控制系统,但是他们采用的是同一套液压系统。当出现故障时可采用应急系统,并将出现报警。并采用了PLC进行控制,画出了梯形图。目前收放式减摇鳍的控制规律主要采用PID控制,此方法简单有效、适用性强,是最成熟的控制方法。但是它最大的缺点是PID参数不能调节,当工况改变时,控制参数却不能做相应改变,这必然会造成减摇效果下降。为了解决上述问题,本文采用了小脑神经网络与PID的复合控制。换句话说,当工作条件改变时,控制器可以利用小脑神经网络根据设定的规则自动进行在线调整。采用Matlab进行了仿真,并与单独的PID控制进行了比较,得出复合控制有更好的减摇效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的背景
• 1.2 减摇鳍简介
• 1.2.1 减摇鳍技术及其发展
• 1.2.2 减摇鳍减摇原理
• 1.3 收放式减摇鳍的操纵与控制
• 1.3.1 收放式减摇鳍的操纵
• 1.3.2 收放式减摇鳍的控制
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 收放式减摇鳍的操纵
• 2.1 收放式减摇鳍
• 2.2 收放式减摇鳍的机构装置
• 2.2.1 收放式减摇鳍的收放机构
• 2.2.2 收放式减摇鳍的转鳍机构
• 2.3 收放式减摇鳍的原理图
• 2.4 收放式减摇鳍的电路原理图
• 2.5 收放式减摇鳍的操纵流程
• 2.5.1 系统的启动
• 2.5.2 系统的操纵控制
• 2.5.3 关闭系统
• 2.6 本章小结
• 第3章 收放式减摇鳍操纵的实现
• 3.1 PLC简介
• 3.1.1 PLC控制领域的应用
• 3.1.2 PLC基本控制方法
• 3.2 SIMATIC S7-200及STEP 7-Micro/WIN编程软件
• 3.2.1 SIMATIC S7-200 PLC系统
• 3.2.2 STEP 7-Micro/WIN编程软件
• 3.3 几种PLC控制系统设计的方案介绍
• 3.4 本课题优选方案及系统中PLC的选择
• 3.4.1 本课题的优选方案
• 3.4.2 减摇鳍PLC的选择
• 3.5 收放式减摇鳍的PLC程序设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 收放式减摇鳍的控制
• 4.1 不确定性的存在及其描述
• 4.2 单自由度船舶横摇模型
• 4.3 CMAC的优点及原理
• 4.3.1 CMAC的优点
• 4.3.2 CMAC的结构图
• 4.3.3 CMAC的工作原理
• 4.4 CMAC与PID的复合控制原理
• 4.5 本章小结
• 第5章 收放式减摇鳍控制的仿真
• 5.1 MATLAB简介
• 5.2 CMAC与PID复合控制算法流程
• 5.3 CMAC与PID复合控制流程图
• 5.4 CMAC与PID复合控制仿真及分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢