减摇鳍随动系统的数字化设计与试验

论文摘要

船舶在海上航行时常常会受到海浪,海风等海洋环境的扰动作用而产生各种摇荡,其中以横摇运动最为明显。剧烈的横摇运动会给船舶的适航性、安全性带来极大的破坏,因此,利用性能优良的减摇装置减小船舶的横摇运动是十分必要的。减摇鳍作为主要的减摇装置,至今已使用了70多年,其良好的减摇效果已经得到公认。传统的NJ6型减摇鳍随动系统采用的是模拟控制器。但是随着数字化控制技术的发展,数字控制技术在船舶控制系统中得到了广泛应用,减摇鳍传统的模拟控制方式已经不能适应舰船数字化技术发展的需求。另外,随着舰船操纵控制技术的发展,模糊控制,鲁棒控制等一些先进的控制技术也逐步得到了广泛的应用,有效提高了舰船各种复杂海况、航速下的操纵控制性能。近年来,由于数字技术及其复杂控制算法的成功应用,国外一些减摇鳍在舰船上的作用已经不再仅仅是用于减少船舶的横摇运动,而是同时用于辅助舰船的操纵控制。本论文在此基础上,针对NJ6型减摇鳍随动系统存在的问题,结合现代舰船对减摇鳍操纵控制的需求,采用数字化的控制器对NJ6型随动系统进行改造。论文主要进行了以下几个方面的分析研究：1.从NJ6型减摇鳍随动系统的结构角度对随动系统的机构、组成及其工作原理、操纵需求进行了深入的分析,并对随动系统进行了建模,从系统时域、频域角度对系统的特性进行了分析研究。2.对随动系统的控制技术进行了分析研究,根据NJ6型减摇鳍随动系统的性能指标要求,进行模糊控PID制器的设计,并通过仿真,从时域、频域角度对控制器的控制效果进行了分析。3.对NJ6型减摇鳍随动系统的操纵控制、接口需求等角度进行了综合分析,选取了欧姆龙PLC作为NJ6型减摇鳍随动系统的控制内核,并进行了操纵控制程序的开发设计及系统的安装工作。4.将开发设计的PLC随动控制单元接入NJ6型减摇鳍系统中,进行随动系统的台架试验,并与原有的模拟电路随动系统做对比试验。通过试验我们看到用PLC设计的随动控制单元的操纵功能、性能参数等达到预期效果。试验结果显示该PLC控制器能够很好地满足NJ6型减摇鳍随动系统的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.2 船舶减摇装置简介
• 1.3 国内外减摇鳍的发展概况
• 1.4 论文的主要内容
• 第2章 减摇鳍随动系统的结构及建模
• 2.1 引言
• 2.2 随动系统的组成及工作原理
• 2.2.1 随动系统的组成
• 2.2.2 随动系统的工作原理
• 2.3 随动系统的液压油路系统
• 2.4 随动系统的功能需求及实现
• 2.5 随动系统建模
• 2.5.1 变量泵排量控制系统模型
• 2.5.2 泵控液压缸模型
• 2.5.3 随动系统模型
• 2.6 本章小结
• 第3章 随动系统模糊PID控制器的设计
• 3.1 引言
• 3.2 系统性能分析
• 3.2.1 系统频率性能分析
• 3.2.2 系统时域分析
• 3.3 模糊PID控制器的设计
• 3.3.1 模糊控制器的原理
• 3.3.2 模糊PID控制器的设计
• 3.4 模糊PID控制器的仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 数字化随动系统的设计及实现
• 4.1 引言
• 4.2 可编程控制器的简介
• 4.2.1 可编程控制器的基本概念
• 4.2.2 可编程控制器的基本结构
• 4.2.3 可编程控制器的工作过程
• 4.2.4 可编程控制器应用于随动系统中的优势
• 4.3 可编程控制器的选择
• 4.3.1 选择的标准
• 4.3.2 欧姆龙CP1H-XA型PLC
• 4.4 系统的软件设计
• 4.4.1 编程环境
• 4.4.2 程序功能设计
• 4.4.3 采样周期的确定
• 4.4.4 控制器的端口分配
• 4.4.5 控制器的实现
• 4.4.6 程序调试
• 4.5 系统的安装
• 4.6 本章小结
• 第5章 随动系统的试验研究
• 5.1 引言
• 5.2 试验准备
• 5.3 随动系统的逻辑功能试验
• 5.4 随动系统的性能试验
• 5.4.1 随动系统时域性能试验
• 5.4.2 随动系统频域性能试验
• 5.5 减摇鳍系统的性能试验
• 5.6 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
• 附录