基于慣性技術(shù)的采礦船運(yùn)動檢測系統(tǒng)研究.pdf

1、深海礦藏開采作業(yè)中,采礦船難免受海浪的影響而運(yùn)動,對安裝于其上的揚(yáng)礦管也產(chǎn)生拖曳力,影響到深海采礦作業(yè)正常進(jìn)行。為了減小或消除這一影響,有必要在揚(yáng)礦管與采礦船之間安裝一套運(yùn)動補(bǔ)償系統(tǒng),使揚(yáng)礦管不受采礦船的影響而基本上保持靜止。由理論力學(xué)知識可知,物體的任意運(yùn)動可以分解為三個直線運(yùn)動和三個轉(zhuǎn)動。采礦船轉(zhuǎn)動帶來的影響可以通過采用特定的機(jī)械連接來消除(如萬向節(jié)或球鉸接)。補(bǔ)償主要解決的就是三個直線運(yùn)動的補(bǔ)償,補(bǔ)償控制器需要一個檢測裝置實(shí)時地檢

2、測出采礦船的運(yùn)動速度和位移。
　　 本文首先分析確定檢測系統(tǒng)的功能需求,即在采礦船坐標(biāo)系內(nèi)實(shí)時地檢測采礦船的運(yùn)動速度和位移。傳統(tǒng)的接觸式的速度和位移測量方案,需要一個相對固定的參考點(diǎn)。而茫茫海洋中現(xiàn)存的參考點(diǎn)根本沒有。為此,本文提出一種基于慣性技術(shù)的測量方案。慣性測量技術(shù)是一種具有完全自主性的測試方法,通過慣性元件的輸出可以解算出載體(采礦船)的速度和位移信息,克服了在海上測量對固定參照坐標(biāo)系的依賴。
　　 針對深海采礦

3、這一實(shí)際應(yīng)用,論文對比了慣性檢測系統(tǒng)與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的共性和差異。兩者區(qū)別在于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)為了確定載體的方位,需要求得載體運(yùn)動速度和位移在地里坐標(biāo)系里的投影。而補(bǔ)償液壓缸是按照采礦船坐標(biāo)系安置,因而此處的慣性檢測系統(tǒng)需要求得載體(采礦船)運(yùn)動速度和位移在載體坐標(biāo)系內(nèi)的投影。論文論述了慣性檢測的原理和實(shí)現(xiàn)過程。推導(dǎo)了適用于本方案的慣性基本方程,詳細(xì)介紹了姿態(tài)更新和速度更新算法。
　　 論文詳細(xì)介紹了在現(xiàn)有三維運(yùn)動補(bǔ)償試驗(yàn)臺上的實(shí)驗(yàn)過

4、程。采用3軸硅微機(jī)電(MEMS)加速度計(jì)檢測運(yùn)動臺的加速度。搭建了實(shí)驗(yàn)需要的硬件平臺包括:供電電源、加速度計(jì)模塊、模擬濾波器、數(shù)據(jù)采集器?；贚abview平臺編寫實(shí)驗(yàn)程序,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、顯示和存儲功能。
　　 本文分析了MEMS加速度計(jì)信號噪聲的特性,論述了小波去噪技術(shù)和Kalman濾波的原理和實(shí)現(xiàn)過程,并將兩種方法應(yīng)用于加速度信號處理,取得了很好的去噪效果。提出了一種帶閾值判斷的卡爾曼濾波方法,能很好地跟蹤反映加速度計(jì)