论文题目: 水下运载器主动对接装置控制技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 控制理论与控制工程
作者: 侯恕萍
导师: 孟庆鑫
关键词: 水下运载器,主动对接装置,协调控制,离散事件系统
文献来源: 哈尔滨工程大学
发表年度: 2005
论文摘要: 水下运载器是随着海洋资源开发和研究的不断深入以及国防的需要而产生和发展起来的高新技术，是海洋高科技的重要组成部分。其中水下对接技术是运载器完成水下作业任务的关键技术，水下对接装置的功能是完成水下运载器与潜艇或海洋空间站的对接作业，实现人员或物资的干转移。 本文主要针对水下对接作业环境的特点，设计了水下主动对接装置，选取了适合的控制方法、控制系统和工作模式，完成了对接装置的多机械手及运载器本体和机械手之间的协调运动控制。本文进行了基于吸盘结构的水下运载器主动对接装置的结构设计，对装置进行了运动学分析，结合机械手的实际结构，推导出机械手末端吸盘的运动方程，并根据主动对接作业策略进行了机械手位姿变化的分析。 主动对接过程除了四只机械手之间的配合外还有运载器与机械手之间的配合，它们之间存在着复杂的逻辑关系。本文基于形式语言和自动机的离散事件系统监控理论来解决协调层的控制问题，提出了同时利用运载器与机械手的工作空间划分定义自动机模型状态与事件的方法，解决了系统中并发现象的描述问题；建立了主动对接作业过程模型，描述了完成协调控制的监控器的作用，并通过等价类简化了机械手与目标间的关系，也大大简化了协调层控制结构。在逻辑层设计的基础之上，基于赋时离散事件系统监控理论对作业过程的时间特性进行了详细的分析，避免了在处理失败事件时容易使系统陷入死循环的不足，提出了具有限定循环执行次数功能监控器的逻辑结构，并给出了赋时形式；最后又提出了具有参数调整功能的协调控制方法。 本文设计了主动对接装置的液压伺服系统，并利用直线位移、角位移及压力等传感器信息，构建了电液伺服系统的控制器，并基于可编程控制器完成了水下主动对接作业装置的软件和硬件的联调，在软件中还设计了平移式平均值滤波程序来减少环境外扰。通过编制主动对接装置作业过程的协调控制软件，完成了陆上联调和对接实验，有效地实现了主动对接作业过程协调控制，为实现水下对接过程自动化奠定了扎实的理论基础。
论文目录:
第1章 绪论
1.1 前言
1.2 国内外潜器及其对接技术研究与发展现状
1.2.1 水下对接技术简介
1.2.2 国外潜器及其对接技术研究与发展现状
1.2.3 国内潜器及其对接技术研究与发展现状
1.3 本课题研究背景、目的及意义
1.4 课题相关技术的发展与应用概况
1.4.1 离散事件系统理论
1.4.2 可编程控制器
1.5 本文工作
1.6 本章小节
第2章 水下主动对接装置的总体方案分析
2.1 基于吸盘结构的水下主动对接装置的结构方案
2.1.1 装置的结构设计
2.1.2 艇体在水中所受阻力分析
2.1.3 电磁吸盘在水中磁吸力的试验研究
2.2 主动对接装置运动自由度分析
2.3 水下主动对接装置运动方程的建立
2.3.1 空间运动坐标系的建立
2.3.2 机械手作业域的确定
2.3.3 机械手运动方程的建立
2.4 主动对接作业过程的运动分析
2.4.1 主动对接装置的作业策略
2.4.2 救生艇动力定位后对接机构状态参数的确定
2.4.3 对接过程的运动分析
2.5 作业过程的运动仿真分析
2.6 本章小结
第3章 水下主动对接装置控制方法研究
3.1 引言
3.2 离散事件系统(DES)监控理论
3.2.1 自动机和形式语言
3.2.2 事件反馈监控及系统能控性
3.2.3 能观测性和观测约束下的监控器
3.2.4 积系统
3.2.5 赋时离散事件系统(TDES)
3.3 主动对接装置作业过程协调控制
3.3.1 艇体与对接机械手模型的建立
3.3.2 基于 DES的主动对接作业过程的协调控制
3.3.3 水下主动对接装置与目标间关系的简化
3.3.4 基于 TDES的主动对接装置作业过程协调控制
3.4 作业过程协调控制的实现
3.4.1 具有参数调整功能的作业过程自适应控制
3.4.2 协调控制的实现
3.5 本章小结
第4章 基于可编程控制器的液压控制系统设计
4.1 引言
4.2 液压伺服系统的设计
4.2.1 液压伺服系统的结构方案
4.2.2 电液伺服系统的实现
4.2.3 电液伺服系统数学模型的建立
4.2.4 电液位置伺服系统的计算
4.2.5 控制器的设计
4.3 控制系统的硬件结构
4.3.1 基于 PLC的控制系统组成
4.3.2 控制系统中PLC各功能模块
4.4 系统的驱动与控制
4.4.1 PLC对电动机及吸盘的控制
4.4.2 PLC对阀控液压系统的控制
4.4.3 漏水检测电路
4.5 控制系统软件设计
4.5.1 I/O分配情况
4.5.2 CPU的工作流程以及时间计算
4.5.3 PLC的程序设计
4.5.4 平移式平均值滤波法
4.6 本章小结
第5章 水下主动对接装置试验及结果分析
5.1 引言
5.2 实验系统的组成
5.3 陆上模拟对接实验
5.4 本章小节
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文
致谢
个人简历
发布时间: 2006-10-13
参考文献
- [1].水下运载器对接装置虚拟仿真系统关键技术研究[D]. 常艳艳.哈尔滨工程大学2010
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