电驱动海洋绞车主动升沉补偿自抗扰控制系统研究

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1、密级：非密中图分类号：TH134硕士学位论文电驱动海洋绞车主动升沉补偿自抗扰控制系统研究研究生：廖薇导师：刘德顺教授赵延明教授学科：机械工程研究方向：现代设计理论与方法2018年06月AThesisSubmittedfortheDegreeofMasterResearchonactiveheavecompensationactivedisturbancerejectioncontrolsystemofelectricdrivenmarinewinchCandidate：LiaoWeiSupervisorandRank：LiuDeshun,Profess

2、orZhaoYanming,Professor电驱动海洋绞车主动升沉补偿自抗扰控制系统研究学位类型学术型学位作者姓名廖薇作者学号15010301025学科（专业学位类别)机械工程研究方向（专业领域)现代设计理论与方法导师姓名及职称刘德顺教授赵延明教授所在学院机电工程学院论文提交日期2018年6月学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到

3、本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要海洋绞车是水面支撑系统中关键的甲板机械装备，广泛应用于水下拖曳系统、海洋钻探、海洋管道铺设和天然气开发等海洋资源勘探与深海作业环境中。但是因为电

4、驱动海洋绞车主动升沉补偿控制系统是一个非线性时变的系统，存在转动惯性大的危险，所以对控制系统的要求比较高。本文针对电驱动海洋绞车主动升沉补偿系统非线性时变的特点，提出基于自抗扰控制（ADRC）的电驱动海洋绞车主动升沉补偿控制系统。通过理论分析、建模仿真、实验研究相结合的方法，建立电驱动海洋绞车控制系统的模型，在不同工况下对系统进行仿真，比较PID控制器与自抗扰控制器的控制效果，深入研究电驱动海洋绞车主动升沉补偿控制策略。论文主要研究内容如下：（1）进行了电驱动海洋绞车主动升沉补偿理论分析。建立了母船、波浪、重物等部分的运动方程，在四级海况下考察波浪对缆

5、绳张力的影响，并进行仿真分析，结果表明由于波浪和母船运动的作用，缆绳的张力会随着重物的下放产生很大变化；建立了电驱动海洋绞车控制系统各部分数学模型，着重在卷筒上缆绳不同层数时，对折算到电机轴上的转动惯量进行计算。（2）建立了电驱动海洋绞车主动升沉补偿自抗扰控制系统仿真模型，并进行仿真分析。采用Simulink搭建自抗扰控制器模型，在不同海况、不同下放深度、不同缆绳直径和不同重物质量等工况下对系统进行仿真，并与PID控制器进行比较，结果表明：当海况和电驱动海洋绞车控制系统模型参数发生变化时，控制器参数保持不变的情况下，自抗扰控制器仍然能保持良好的动态性能

6、，比PID控制器具有更快的响应速度、更强的鲁棒性和抗干扰能力。（3）开展了电驱动海洋绞车主动升沉补偿控制系统实验研究。采用PLC技术构建电驱动海洋绞车主动升沉补偿控制系统实验平台，进行PLC控制系统软件设计，并在软件中构建了ADRC功能块，用iFIX组态软件设计了监控人机界面；模拟四级海况，基于UnityProXLV7.0施耐德PLC软件检验了在PIDFF和ADRC功能块控制下控制系统的动态响应，进一步验证了自抗扰控制算法的优势。关键词：电驱动；绞车；主动升沉补偿；自抗扰控制IIIAbstractThemarinewinchisthekeyofdeck

7、mechanicalequipmentinthewatersupportsystem.Itiswidelyusedinmarineresourcesprospectinganddeep-seaoperationenvironmentsuchasunderwatertowingsystem,offshoredrilling,offshorepipelinelayingandnaturalgasdevelopment.However,becauseoftheactiveheavecompensationcontrolsystemofelectricdriv

8、enmarinewinchisanonlineartime-varyingsystem,and