恒張力絞車(chē)在海洋浮標(biāo)施放回收系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、海洋浮標(biāo)是監(jiān)測(cè)和勘探開(kāi)發(fā)海洋資源的重要工具之一。海洋浮標(biāo)要發(fā)揮其重要功能，前提是能夠精確、安全施放入海，此引申出海洋浮標(biāo)施放技術(shù)；同時(shí)海洋浮標(biāo)有壽命期限，需定期或不定期維修、回收，此涉及其回收技術(shù)。海洋浮標(biāo)施放和回收作業(yè)過(guò)程中，海況復(fù)雜導(dǎo)致船體做橫搖、縱搖、垂蕩及升沉運(yùn)動(dòng)，纜繩中張力易發(fā)生突變。纜繩中張力過(guò)大，易造成纜繩崩斷；纜繩張力過(guò)小，易使浮標(biāo)與船體相撞，造成設(shè)備受損。為確保海洋浮標(biāo)施放回收作業(yè)平穩(wěn)、安全進(jìn)行，要求作業(yè)海洋絞車(chē)必須具

2、備對(duì)纜繩張力準(zhǔn)確測(cè)量、設(shè)定、自動(dòng)恒定的功能。當(dāng)前國(guó)內(nèi)對(duì)恒張力絞車(chē)的研究仍屬于起步階段，因此課題的研究工作具有重要意義。
　　針對(duì)以上問(wèn)題，論文重點(diǎn)研究和分析用于海洋浮標(biāo)施放回收恒張力絞車(chē)。目前國(guó)內(nèi)外海洋浮標(biāo)施放回收技術(shù)仍存在作業(yè)步驟繁瑣、安全性較差等困難，論文結(jié)合目前海洋浮標(biāo)類(lèi)型及系泊系統(tǒng)特點(diǎn)，優(yōu)化海洋浮標(biāo)施放回收方案。同時(shí)對(duì)海洋浮標(biāo)拖曳作業(yè)系統(tǒng)中的拖纜和拖體進(jìn)行水動(dòng)力學(xué)分析，為海洋浮標(biāo)的施放回收恒張力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供重要的理論支

3、撐。根據(jù)拖曳系統(tǒng)水動(dòng)力分析，設(shè)計(jì)能滿(mǎn)足通用型浮標(biāo)施放回收的恒張力絞車(chē)電液控制系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)對(duì)張力精準(zhǔn)控制，首次提出將PDF（偽微分反饋控制）控制算法引入恒張力電液控制系統(tǒng)中。采用Matlab/Simulink進(jìn)行建模并仿真，仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的PDF控制器具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)定性高、超調(diào)量小、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，有效滿(mǎn)足復(fù)雜海況下絞車(chē)恒張力控制要求。文中通過(guò)縮比法實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步論證電液控制系統(tǒng)和PDF控制算法可靠性和穩(wěn)定性，為恒張力絞車(chē)進(jìn)一步

4、海上測(cè)試提供重要的依據(jù)，具有重要的學(xué)術(shù)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
　　各章節(jié)主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　引言部分概述國(guó)內(nèi)外海洋浮標(biāo)施放回收技術(shù)現(xiàn)狀，同時(shí)分析國(guó)內(nèi)外恒張力絞車(chē)發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀；以此為背景提出課題的研究意義及研究?jī)?nèi)容。
　　海洋浮標(biāo)施放回收方案設(shè)計(jì)?？偨Y(jié)海洋浮標(biāo)施放回收技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及面臨的難點(diǎn)，結(jié)合海洋浮標(biāo)特點(diǎn)，從恒張力絞車(chē)設(shè)計(jì)初衷出發(fā)，對(duì)海洋浮標(biāo)施放回收方案優(yōu)化設(shè)計(jì)，分析海洋浮標(biāo)施放回收作業(yè)注意事項(xiàng)。
　　恒張

5、力絞車(chē)整體方案設(shè)計(jì)。分析絞車(chē)作業(yè)工況及控制要求，結(jié)合絞車(chē)恒張力控制原理，對(duì)恒張力絞車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算。分析纜繩張力測(cè)定技術(shù)，根據(jù)浮標(biāo)施放回收作業(yè)特點(diǎn)，提出采用“三點(diǎn)彎曲法”對(duì)纜繩張力進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量及閉環(huán)反饋。借鑒水下拖曳作業(yè)模型，構(gòu)建海洋浮標(biāo)拖曳作業(yè)水動(dòng)力學(xué)控制方程。通過(guò)對(duì)拖纜及拖體的水動(dòng)力學(xué)研究分析，為浮標(biāo)施放回收恒張力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供重要的理論依據(jù)。根據(jù)海洋浮標(biāo)施放回收作業(yè)要求，設(shè)計(jì)恒張力絞車(chē)電液控制系統(tǒng)，并對(duì)工作原理進(jìn)行重點(diǎn)剖析。

6、
　　恒張力控制系統(tǒng)中PDF控制器設(shè)計(jì)及仿真。綜述了工程控制理論發(fā)展概況及特點(diǎn)，首次提出將PDF控制算法應(yīng)用于恒張力電液控制系統(tǒng)中。通過(guò)分析PDF控制算法的原理，建立恒張力絞車(chē)?yán)|繩張力與液控馬達(dá)兩油口壓差之比的數(shù)學(xué)模型，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。采用Matlab/Simulink進(jìn)行PDF系統(tǒng)建模并仿真，仿真復(fù)雜海況下正弦波信號(hào)、階躍信號(hào)、變載荷影響下模型的動(dòng)態(tài)反饋。仿真結(jié)果表明，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，PDF控制算法具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，

7、超調(diào)量小，抗干擾力強(qiáng)，穩(wěn)定性高等優(yōu)勢(shì)，適合應(yīng)用于復(fù)雜海況下施放回收作業(yè)。
　　恒張力絞車(chē)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。采取西門(mén)子S7-200系列PLC作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，根據(jù)電液控制原理，設(shè)計(jì)PLC現(xiàn)場(chǎng)控制方案。對(duì)PLC方案中主要部件選型及分析。采用離散化方法分析PDF控制算法通過(guò)PLC平臺(tái)實(shí)現(xiàn)原理。在PLC現(xiàn)場(chǎng)控制方案的基礎(chǔ)上，采用縮比法實(shí)驗(yàn)，標(biāo)定纜繩張力與電液比例溢流閥輸入電壓之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)?zāi)M復(fù)雜海況，突變負(fù)載，分析控制系統(tǒng)保持纜繩恒定張力

8、的能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的電液控制系統(tǒng)及PDF控制器可靠性高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，抗干擾性強(qiáng)，滿(mǎn)足復(fù)雜海況的作業(yè)要求。
　　最后，對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)及展望。本文設(shè)計(jì)一款應(yīng)用于海洋浮標(biāo)施放回收作業(yè)的新型恒張力絞車(chē)，提出針對(duì)通用型浮標(biāo)施放回收作業(yè)方案；通過(guò)分析浮標(biāo)拖曳作業(yè)水動(dòng)力特性，設(shè)計(jì)可精準(zhǔn)控制的電液控制系統(tǒng)，首次將PDF控制算法引入電液控制系統(tǒng)；采用Matlab/Simulink建模并仿真分析，仿真結(jié)果表明電液控制系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、快速響應(yīng)，

9、滿(mǎn)足復(fù)雜海況下海洋浮標(biāo)施放回收作業(yè)要求；縮比法實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步論證所設(shè)計(jì)的電液控制系統(tǒng)的可行性，為實(shí)際海試試驗(yàn)的開(kāi)展奠定基礎(chǔ)。本課題在對(duì)恒張力絞車(chē)結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)等方面研究雖取得一定進(jìn)展，然而，由于條件限制，有些研究工作仍需做進(jìn)一步拓展，具體可考慮以下方面：
　?。?）纜繩張力閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完善。目前搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)于纜繩張力閉環(huán)控制仿真仍然存在不足，液壓系統(tǒng)與PLC平臺(tái)如何順暢通訊有待提高，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的控制精度有待提高。
　　（2

10、）海洋浮標(biāo)拖曳系統(tǒng)水動(dòng)力分析。對(duì)于通過(guò)借鑒水下拖曳系統(tǒng)建立的海洋浮標(biāo)拖曳系統(tǒng)水動(dòng)力學(xué)模型，需采取試驗(yàn)驗(yàn)證。浮標(biāo)拖曳與水下拖曳有一定差別，系統(tǒng)理論需做進(jìn)一步研究。
　?。?）開(kāi)展海上實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)階段僅限于理論分析和模型仿真，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)方案，生產(chǎn)樣機(jī)，在海上開(kāi)展海洋浮標(biāo)施放回收作業(yè)，測(cè)試整機(jī)的性能。進(jìn)一步驗(yàn)證分析所設(shè)計(jì)的恒張力絞車(chē)電液控制系統(tǒng)以及PDF控制算法的可靠性及優(yōu)越性。
　?。?）提高整機(jī)使用性能。本課題施放回收作業(yè)對(duì)象是海