船用起货机波浪补偿研究

论文摘要

随着我国综合国力的强大和海洋开发的日益增多,海上作业日趋频繁,对钻井平台等深海作业的人员和设备的补给也越来越重要。而且,随着我国海军力量的强大,海上补给对海军部队的按时补给问题也不容忽视。为了保证补给过程中不受波浪起伏的限制,保证货物和船舶的安全,使补给船在恶劣海况下也可以对被补给船进行补给,对波浪补偿系统的研究日趋重要。本文提出一种海浪补偿与防晃方案,对方案的机理进行了具体的分析与论证。结合所学知识,对美国Sandia国家实验室关于船用起重机的摆动控制系统进行了分析研究,并根据该系统的原理,对3D方面的波浪补偿系统进行了开发设计。将精确地摆动控制与升沉补偿相结合,设计了一套较为完整的波浪补偿系统,证明了该系统在动力方面的可行性和合理性。具体的工作内容包括:(1)引入国外的PCS控制概念,将摆动控制与升沉补偿进行结合,设计了一套较为完整的波浪补偿系统。该波浪补偿系统由机械执行系统(卷扬机)、液压驱动系统、计算机控制系统和传感器检测系统组成。对这些部分分别进行介绍和分析。(2)对系统的关键部分进行分析与数学建模。首先对涉及到的坐标系进行了一一的建立和介绍,推导出各个坐标系的关系;然后,对PCS基于方位和速度分别进行建模,推算出船体运动和负载方位及负载速度的关系,进而达到控制目的。最后,对数字滤波部分的滤波公式进行了详细的推导,并将行星齿轮部分进行建模。(3)以一条在建船舶为例,验证了该系统的可行性与合理性及优势,为后续的仿真与实物开发实验奠定了基础。根据船厂提供的技术资料,对普通起重机加装波浪补偿系统所需的功率进行了计算,证明普通起重机加装波浪补偿系统在动力方面的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源和提出
• 1.2 海上补给的几种主要方式
• 1.2.1 横向索道补给法
• 1.2.2 纵向索道补给法
• 1.2.3 靠绑补给法
• 1.2.4 垂直补给法
• 1.3 几种常用波浪补偿装置简介
• 1.4 国内外波浪补偿装置的研究动态
• 1.5 课题的主要内容及所完成的工作
• 1.6 本章小结
• 第2章 波浪补偿系统的组成及补偿机理
• 2.1 波浪补偿系统的组成
• 2.1.1 测量单元
• 2.1.2 控制单元
• 2.1.3 数字伺服系统
• 2.1.4 差动行星轮系
• 2.1.5 滤波器
• 2.2 波浪补偿系统的工作原理
• 2.2.1 原理图
• 2.2.2 工作原理
• 第3章 数学建模
• 3.1 坐标系的建立及相互之间的转化
• 3.2 各坐标系之间的关系
• 3.3 PCS模型
• 3.4 基于方位控制系统下的滤波过程
• 3.5 行星齿轮建模部分
• 第4章 可行性分析
• 4.1 船舶及起重机技术参数
• 4.2 船体晃动模型简化分析
• 4.3 补偿功率分析
• 第5章 结论与展望
• 5.1 总结
• 5.2 相关工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间公开发表论文、获奖及参加科研项目情况
• 致谢
• 研究生履历