论文摘要
三轴船舶运动模拟摇摆台可模拟船舶三自由度横摇、纵摇、艏摇三个自由度的运动,为船用设备提供真实的船舶运动模拟仿真环境。通过计算机仿真得到船舶运动轨迹,作为摇摆台的控制输入,可真实地模拟船体运动。设计的摇摆台属于典型的UOO台体结构,内框和中框可以在有限角度内摇摆,外框可在360度范围内任意位置为零点做摇摆运动。根据响应速度及负载要求,在保证精度的前提下,采用交流伺服系统及减速机构驱动台体,对比常见的直驱伺服控制方式,精度较差,但同等功率及小体积下,负载及响应速度显著提高。首先,分析摇摆台的工作原理,建立了台体力学模型,采用MATLAB仿真分析台体三框之间的耦合作用,并分析了在船舶随机运动作为输入情况下摇摆台的响应能力。为满足摇摆台系统的稳定性和实时性要求,改善系统的响应能力,提高系统的稳定性,基于H_∞控制理论设计了摇摆台系统的控制策略,并进行了仿真分析。根据模型仿真分析的结论,进行了摇摆台驱动系统的选型,采用安闸交流伺服系统和高精度Neugart行星减速机驱动台体运动,满足大负载、响应速度快,控制精度要求相对不高的要求。上位机采用工控机加多轴运动控制卡PMAC的控制方式,为了满足测角系统实时性和测角精度的要求,台体轴侧安装高精度角度编码器,并采用基于CANopen总线的系统实时输出系统的姿态角。最后采用Visual Basic设计上位机监控系统,并运用OPC技术与PLC实现数据交互。通过现场调试,摇摆台带载情况下,响应能力、控制分辨率以及侧角精度都可满足要求。
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摘要ABSTRACT第1章 绪论1.1 课题的来源、目的和意义1.2 国内外转台的发展和研究状况1.2.1 转台发展与研究状况1.2.2 典型转台控制系统分析1.3 运动控制技术∞控制理论'>1.4 H∞控制理论1.5 本论文的主要研究内容第2章 数学模型及仿真分析2.1 引言2.2 船舶运动仿真模型2.3 摇摆台动力学模型2.3.1 坐标系定义与转换2.3.2 摇摆台角速度分析2.3.3 摇摆台转动惯量分析2.3.4 摇摆台转矩分析2.4 仿真分析2.4.1 摇摆台动力学仿真2.4.2 船体随机运动输入2.5 本章小结第3章 摇摆台控制系统与测角系统3.1 引言3.2 摇摆台结构及性能指标3.2.1 摇摆台结构3.2.2 摇摆台基本性能指标3.3 摇摆台控制系统设计3.3.1 控制系统结构设计3.3.2 驱动系统设计3.3.3 运动控制系统设计3.3.4 控制方式选择3.4 三轴摇摆台测角系统设计3.5 基于CANopenPLC-C14的测角系统设计3.6 本章小结∞设计'>第4章 摇摆台系统的H∞设计4.1 引言4.2 驱动系统数学模型第5章 摇摆台软件系统设计5.1 引言5.2 摇摆台软件系统设计5.2.1 软件功能及系统结构5.2.2 PMAC下位机软件设计5.2.3 上位机软件设计5.3 测角系统上位机软件设计5.3.1 OPC接口技术5.3.2 CANopenPLC-C14程序设计5.4 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
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