基于模糊控制的大型结构物自动称重系统研究

论文摘要

海洋采油平台的重量和重心分布是平台结构物海上安装过程中重要的控制参数。然而由于平台结构物在制造过程中受到局部修改、临时结构等因素影响,结构物的最终重量与设计重量往往有很大差别,导致重量控制较困难。为了调高海上吊装安全性和科学性,在平台结构物的海上安装之前,很有必要对结构物进行精确称重。因此,对自动称重系统的研究具有重要的实践意义和工程价值。称重系统采用液压缸对平台结构物进行同步顶升,通过压力传感器以及各个腿桩坐标来计算结构物的重量和重心。但是由于液压系统受到一定的死区、延时等不利因素的影响,保证称重过程的同步精度有一定的难度。本文针对自动称重系统对多液压缸同步性能的具体要求,开展对多液压缸的同步控制策略研究,在分析系统对同步性能具体要求的前提下,设计相应的液压系统回路,并建立以“阀控液压缸”为基础的电液比例系统数学模型。并在此模型的基础上引入新型的模糊控制与经典PID相结合的同步控制算法,并分析该算法的有效性。主要研究成果包括:1.根据大型结构物自动称重的具体要求,提出了一种多点协调控制的自动称重精确算法,并详细分析了相应的工作原理;2.结合自动称重系统的对监控系统的具体要求,详细设计了基于PROFI-BUS现场总线的自动称重监控系统;3.以自动称重液压系统的主要环节为基础,建立了以“阀控液压缸”为基础的液压系统数学模型,并通过matlab的simulink工具箱进行仿真,得出系统的控制模型;4.研发了基于模糊逻辑控制理论和常规PID相结合的模糊自适应PID控制算法,以适应多液压缸在载荷不均匀的条件下的同步控制。并通过实验验证该算法的合理性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 称重系统的国内外发展背景
• 1.3 自动称重系统基本原理及技术难题
• 1.3.1 称重系统基本原理
• 1.3.2 称重系统的关键技术难题
• 1.4 多液压缸同步控制系统的发展与现状
• 1.4.1 液压同步控制研究现状
• 1.4.2 液压同步控制理论的发展
• 1.5 本论文的主要工作
• 第二章 自动称重系统总体设计
• 2.1 液压系统
• 2.2 电气系统
• 2.3 基于PROFIBUS 现场总线的实时监控系统
• 2.3.1 称重对监控系统的具体要求
• 2.3.2 PROFIBUS 简介
• 2.3.3 PROFIBUS 现场总线在自动称重系统中的应用
• 2.3.4 实时监控
• 2.4 本章小结
• 第三章 电液比例液压系统数学模型
• 3.1 电液比例液压系统数学
• 3.1.1 对称阀控非对称液压缸模型
• 3.1.2 电液比例方向阀模型
• 3.1.3 反馈环节数学模型
• 3.1.4 总的系统模型
• 3.1.5 系统仿真模型构造
• 3.2 同步控制系统结构设计与性能分析
• 3.2.1 同步控制系统结构分析
• 3.2.2 同步系统特性
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于模糊自适应PID的同步控制
• 4.1 模糊自适应控制介绍
• 4.1.1 模糊控制的基本原理
• 4.1.2 模糊自适应PID 介绍
• 4.2 模糊自适应PID 控制器的设计
• 4.2.1 模糊变量的确定
• 4.2.2 变量的模糊化
• 4.2.3 模糊控制规则的确定
• 4.2.4 解模糊方法的选择
• 4.3 基于Matlab 的系统仿真与分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 实验研究
• 5.1 实际测试组块的理论值计算
• 5.2 实验过程分析
• 第六章 结论与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢