波浪运动补偿稳定平台系统的设计与建模

为了减少船舶在风浪中的摇摆和升沉运动对某些海上作业和设备的影响,可在其上建立一个具有波浪运动补偿功能的稳定平台。本文对该系统进行了方案设计,并对其液压机构进行了数学建模。仿真结果表明,系统的位移跟随性能良好,但还存在着一小段时间的滞后,还有需要改进的地方。仿真结果为系统的设计和优化提供了重要依据。

波浪运动补偿稳定平台系统液压机构的仿真试验

利用Simulink仿真软件对该系统的液压补偿机构进行了仿真试验研究,并采用了PID控制、模糊控制和Fuzzy-PI复合控制三种控制算法进行比较。仿真结果表明,Fuzzy-PI复合控制的控制效果均优于常规的PID控制和模糊控制,是一种有效的控制算法;但系统还存在着一定的滞后,还需要改进。

波浪运动补偿平台广义升沉位移的实时预报

具有波浪运动补偿功能的稳定平台可有效减少船舶在风浪中的摇摆和升沉运动对某些海上作业和设备的影响。为了有效地进行波浪运动补偿,需要对该平台的广义升沉位移(横摇、纵摇以及升沉的耦合作用结果)进行极短时预报。本文采用时间序列分析理论中的自回归(AR)模型作为预报模型,对波浪运动补偿平台的广义升沉位移进行极短时预报。在以往的研究中,通常采用递推最小二乘法AR模型进行在线参数估计。但是采用递推最小二乘法进行参数估计容易引起参数爆发,从而影响AR模型的稳定性。针对该问题,本文采用阻尼递推最小二乘法对AR模型进行在线参数估计,并结合实验获得的平台控制点的广义升沉位移数据进行实时建模预报。仿真结果表明,采用阻尼递推最小二乘法进行参数估计能抑制参数爆发,并能提高AR模型实时预报精度。

波浪运动补偿平台的自适应预报控制模型研究

具有广义升沉运动补偿功能的波浪运动补偿平台可以减少船舶运动对海上作业和设备的影响.该平台系统的液压机构具有非线性和大惯性的特点.为了有效地进行广义升沉运动补偿,本文采用基于等维新息的自适应自回归多步预报算法和非线性PID控制器相结合的控制策略对波浪运动补偿平台液压机构进行控制.益参数随误差变化的非线性PID控制器具有较好的适应性、抗干扰性和鲁棒性,适合波浪运动补偿平台液压机构的控制特点,可以提高控制效果.结合实验获得的船舶甲板控制点的广义升沉位移数据,仿真试验结果表明:采用上述的自适应预报控制策略对波浪运动补偿平台液压机构进行控制能有效地减少平台的广义升沉运动幅值.

四自由度绳驱动刚柔混合式波浪运动补偿机构的动力学建模

为了避免船舶过驳吊运过程中货物与甲板间的碰撞,提出一种安装在船用吊装设备的四自由度绳驱动刚柔混合式波浪补偿运动机构。首先,设计该波浪运动补偿机构的实验装置,基于螺旋理论验证该波浪运动补偿机构的可行性。然后,基于代数法建立该波浪运动补偿机构的位置正/反解模型,并推导该补偿机构结构的运动学模型,最后,基于牛顿-欧拉法建立该波浪运动补偿机构的系统动力学模型,运用仿真软件对所推导的数学模型进行验证。研究结果表明:该波浪运动补偿机构的位置正/反解的误差数量级为10-5 mm;运动学和动力学模型的MATLAB数值模拟结果与Adams虚拟样机的结果基本吻合,最大相对误差为理论值的1.6%,在可接受的范围内,表明本文提出的四自由度绳驱动刚柔混合式波浪运动补偿机构能够实现主动波浪运动补偿。

绳驱动刚柔混合式波浪运动补偿机构的运动学建模与碰撞干涉检测

针对海上多维波浪运动补偿,设计一种6自由度绳驱动刚柔混合式波浪运动补偿机构。依据海上波浪运动特点分析波浪补偿装置的功能需求,结合封闭矢量环法构建该机构位姿逆解模型,计算出机构的速度雅可比矩阵,推导出驱动绳和中间刚性支链上的速度、加速度模型,并利用ADAMS仿真软件验证所建数学模型的正确性;建立整体机构静力学模型,采用力封闭算法计算柔性驱动绳和中间刚性支链上的张紧力分配大小,通过搭建的等比实验平台验证该算法的有效性;基于几何矢量法对机构内各部件之间进行碰撞干涉检测分析;通过数值仿真和实验验证分析,从理论和实验两方面验证该绳驱动刚柔混合式波浪补偿机构应用于海上多维波浪运动补偿的可行性,所得结果对进一步研究波浪补偿机构的张紧力算法优化和张力控制具有一定参考意义。

波浪补偿平台垂向位移的短时预报

针对BP算法存在收敛速度慢和局部极值的问题,采用此方法对BP学习算法进行改进,结合实验采集的数据进行仿真计算,结果表明采用此方法可以有效地提高Elman网络的训练速度和稳定性,使El-man网络能够更有效地对波浪补偿平台垂向位移进行短时预报。