浮标收放控制系统的研究与设计

论文摘要

大型海下探测装置是一种可应用于海洋科学考察,勘测海底,研究海水环境;应用于水下工程,完成海上钻井,设备检测,水下建造及辅助水下常规作业的水下平台。其中,探测装置与地面通信是一项不可或缺的内容。然而,双向、及时、远距离的通信却不易实现;探测设备作用距离较近,观察范围受限,使得常规动力探测装置水下航速较低,影响了其正常的工作。本文针对大型海下探测装置通信系统,对其通信浮标的收放系统进行研究和设计。给出了一种控制方式简单实用,反应迅速的控制方案,结合通信浮标与大型海下探测装置的特殊性要求,为大型海下探测装置对外通信设计了一套更加安全可靠的系统,对其通信浮标即Recoverable Tethered Optical Fibre(可回收光纤系留系统)浮标的实际应用有着非常重要的意义。本文对该系统的研究和设计主要由三个阶段组成:首先,基于潜标光缆的稳态模型,对光缆微元进行力学分析,通过数值仿真计算得出缆绳拖曳姿态,给出其在自由上升后与通信时间段内大型海下探测装置拖曳时的两种姿态图与拉力分布,通过它们之间的对比与联系,结合仿真数据,与浮标及光缆的主要参数,确定控制方法和控制参数;接着,提出闭环恒张力控制方法,对拖曳装置进行设计,选取设备,应用液压驱动的拖曳装置,重点对其控制回路进行了模型分析,解释了其工作过程——判断检测信号,根据算法调节液压马达压力,进而改变其输出转矩,控制排缆,使得光缆下端张力满足设计要求;最后,选取相关控制器,并对其做简单介绍,真正形成了一个可控、可靠的浮标收放控制系统。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 大型海下探测装置通信系统概况
• 1.2 可回收的系留光纤系统
• 1.2.1 工作概念
• 1.2.2 系统体系结构
• 1.2.3 天线组件
• 1.2.4 数据通信
• 1.2.5 操作系统
• 1.2.6 电源与感性耦合
• 1.3 通信浮标的收放
• 1.4 本文的主要内容
• 2 水下拖曳系统动力学模型
• 2.1 水下拖曳系统概述
• 2.2 拖曳系统的研究综述
• 2.2.1 拖缆的稳态运动研究
• 2.2.2 拖缆动态运动研究
• 2.2.3 水下拖体的运动研究
• 2.2.4 拖缆流体阻力的确定
• 2.2.5 拖曳系统的运动控制
• 2.3 拖曳系统数学模型与数值算法
• 2.3.1 拖揽运动数学模型
• 2.3.2 拖曳系统稳态运动及求解
• 2.3.3 龙格—库塔法
• 2.3.4 虎克定律
• 2.4 本章小结
• 3 拖曳系统稳态运动仿真
• 3.1 拖缆稳态运动仿真
• 3.1.1 拖缆边界条件和初始条件的确定
• 3.1.2 拖缆姿态仿真结果
• 3.1.3 控制参数的确定
• 3.2 本章小结
• 4 浮标收放控制系统的设计
• 4.1 张力控制系统概述
• 4.2 控制系统设计
• 4.2.1 恒张力控制方法的选定
• 4.2.2 控制回路的设计
• 4.2.3 控制回路的模型
• 4.2.3 模型的优化
• 4.2.4 模型的性能分析
• 4.2.5 压力一流量增益的工作特性分析
• 4.2.6 压力一流量增益在校正环节设计中的应用
• 4.2.7 自动排缆机构的设计
• 4.3 控制系统设计的实现
• 4.3.1 PLC现场控制
• 4.3.2 西门子S7-200系列PLC
• 4.3.3 西门子S7-200 CPU224
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢