【摘 要】
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在船舶的大型化以及海上货物运输的通航范围持续扩大的背景下,为了能更好地应对船舶意外沉没等突发情况,沉船救助打捞技术开始朝着大深度化、大吨位化方向发展,这对于救助打捞装备提出了全新的挑战。近年来,基于液压同步提升技术的沉船打捞方案凭借其优异的性能在大吨位、大深度沉船的打捞工程中使用愈加普遍。但液压同步提升技术在实际应用中也表现出了一些不足,在海况较为恶劣的情况下,采用传统的控制方法较难满足高精度的控
【基金项目】
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“具有波浪补偿功能的多吊点同步提升技术”预研项目
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在船舶的大型化以及海上货物运输的通航范围持续扩大的背景下,为了能更好地应对船舶意外沉没等突发情况,沉船救助打捞技术开始朝着大深度化、大吨位化方向发展,这对于救助打捞装备提出了全新的挑战。近年来,基于液压同步提升技术的沉船打捞方案凭借其优异的性能在大吨位、大深度沉船的打捞工程中使用愈加普遍。但液压同步提升技术在实际应用中也表现出了一些不足,在海况较为恶劣的情况下,采用传统的控制方法较难满足高精度的控制要求。本文主要围绕用于沉船打捞的液压提升系统的同步控制方法进行了研究与分析,论文的主要内容有以下几个方面:(1)基于AQWA水动力仿真软件,分析了在应用液压同步提升技术的沉船打捞方案中,驳船在频域和时域上的运动响应情况。在此基础上,使用Adams对打捞过程中钢绞线的张力变化情况进行了数值仿真,为液压提升缸控制器的鲁棒性分析奠定基础。(2)对液压提升装置的机械结构、液压油路进行了总体设计;对比例伺服阀、液压提升缸进行了特性分析与建模,并创建了基于位置变量的状态空间模型;基于AMESim-Matlab联合仿真平台建立了液压提升系统的机械液压模型,并通过最小二乘法完成了各液压提升缸数学模型的辨识,为提升缸控制器的设计奠定基础。(3)分析了影响液压提升系统同步精度的因素;考虑到沉船打捞过程中的实际工作状况,基于前馈反馈复合控制算法完成了液压提升缸跟踪控制器的设计,并对其控制性能进行了仿真分析。在此基础上,对相邻交叉耦合式同步、等同式同步以及主从式同步三种同步策略下的液压提升系统同步效果进行了对比。针对相邻交叉耦合式同步控制策略中耦合补偿系数不易确定的问题,引入了自适应模糊补偿器,并通过数值仿真对该策略进行验证。(4)为了进一步提高液压提升系统的控制性能,在提出的自适应模糊相邻交叉耦合式同步控制策略的基础上,引入了基于串联跟踪微分器的离散模糊滑模控制器。首先介绍了离散滑模控制的典型特性,并根据液压提升缸的辨识模型完成了离散滑模控制器的设计。设计了模糊规则来对该控制器的趋近律参数进行实时的调整,进而削弱比例伺服阀输入信号的抖振,提高系统的鲁棒性。仿真结果表明,相对前馈反馈复合控制而言,采用了离散模糊滑模控制器后系统表现出了更好的位置跟踪和同步控制性能。
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