二次调节海浪升沉补偿控制技术研究

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1、中图分类号：TP271.3UDC分类号：62-3二次调节海浪升沉补偿控制技术研究作者姓名马希榕学院名称自动化学院指导教师王向周教授答辩委员会主席王渝教授申请学位工学硕士学科专业控制科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月ResearchonanActiveHeaveCompensationSystembasedontheSecondaryControlUnitCandidateName：XirongMaSchoolorDepartment:SchoolofAutomationFacultyMentor:Prof.Xiangzhou

2、WangChair,ThesisCommittee：Prof.YuWangDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：ControlScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2016研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或

3、其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要随着对海洋资源开发的不断深入，海上作业日益频繁。由于受到海浪的作用，海上船舶在进行物资的过驳补给时，会出现垂直方向上的升沉运动，对海上补给作业带来很大的影响，甚至导致作业失败。因此，有必要研究海浪升沉补偿技术，以提高海上船舶间补给作业的安全性、平稳性。本文以海上船舶间并靠补给作业为应用背景，进行垂直方向的主动式海浪补偿控制技术研究，设计了一种基于二次元件的海浪升沉补偿控制系

4、统，不仅具有一般主动式海浪补偿方式抗干扰能力强、适应性好、补偿精度高、补偿性能稳定等优点，还可以通过在补给系统下放货物时回收利用货物的重力势能改善传统主动补偿方式能源消耗大的问题，使得系统结构更为简单、成本更低。首先，介绍并分析了主动型海浪升沉补偿方式的速度补偿工作原理，建立了二次调节海浪升沉补偿控制系统。然后，针对我国近海三级海况条件，对并靠补给作业系统的二次调节海浪升沉补偿控制进行了性能需求分析，据此对二次元件及液压蓄能器进行了计算选型，讨论了二次调节海浪升沉补偿系统的各组成部分的数学建模，得到了二次调节海浪升沉补偿系统的总体传递函数模型。研究了

5、二次元件内环斜盘角度控制，并根据二次元件本身特性设计了二次调节外环变结构PID速度控制器。采用模型参考自适应算法辨识系统负载，实现了变结构PID控制器的参数进行在线自适应调整。通过仿真研究，验证了变结构PID双闭环控制方法的有效性。针对补给系统的两种工况的海浪补偿效果仿真研究表明，系统能够安全快速的按照设定速度将补给船上的货物补给到被补给船上或是将被补给船上的货物回收到补给船上。最后，进行了二次调节海浪升沉补偿系统的实验平台实物搭建。采用力士乐WIN-PED6.6软件进行了系统的控制软件和上位机监控界面的开发，结合试验平台进行了实际系统调试，实现了系

6、统各功能模块的数据采集及串口通信功能。关键词：海浪升沉补偿；二次元件；变结构PID；负载辨识I北京理工大学硕士学位论文AbstractWiththedeepeningoftheMarineresourcesdevelopment,marineworkisbecomingmoreandmorefrequent.Whenonevesselissupplyingcargoestotheotheronthesea,thevesselmayappearheavemotionsduetowaves．Theheavemotionsofvesselsmayhaveg

7、reatinfluenceonthereplenishmentoperations,evencausefailures．Consequently,itisnecessarytostudyheavecompensationtechnologytoenhancesafetyandstabilityofthereplenishmentoperations．Anactiveheavecompensationcontrolsysteminverticaldirectiononthebackgroundofreplenishmentoperationsbetwe

8、envesselsatseaisstudiedandacompensationsystembasedonth