单亚军[1]2017年在《起重船吊物系统的动态特性分析及其防摆控制研究》文中进行了进一步梳理起重船在开发海洋资源的过程中占据着十分重要的地位,在海洋油气资源的钻探和开发、海洋平台模块安装、货物运转以及水上事故救援等方面有广泛应用。由于起重船漂浮在复杂的海洋环境之下,起重船会不可避免地随风浪发生波动,吊物系统也会因此发生摆动使得起吊作业无法进行。当海况恶化时,将会给起重船的运行带来危险,造成人员伤亡和财产损失。针对起重船海上作业中面临的实际问题,如何保证吊物系统的稳定控制,提高起重船对恶劣海况的抵抗能力,具有相当重要的意义。本文主要内容如下:以回转式起重船为研究对象,分析船体在波浪作用下的六自由度运动响应,建立吊物系统的数学模型,并基于拉格朗日动力学方程推导了吊物系统的动力学方程,以及吊绳的张力方程。通过四阶龙格库塔法分析吊绳长度、激励频率、起吊速度叁个因素对吊物摆动的影响,并得到吊物在上升过程中摆动最大的起吊速度,这也是实际中需要避免的起吊速度。根据回转式起重船和吊物系统的运动学特性,推导吊物防摆系统的控制方程。基于PID控制策略,结合粒子群算法和模糊控制理论,提出了起重船吊物防摆控制的模糊PID方法。在Simulink平台上搭建吊物防摆控制系统的模型,研究吊物系统在共振和非共振两种情况下的防摆控制。将本文提出的控制方法与PID和粒子群PID进行对比分析,结果表明了本文防摆控制方法的优越性。根据某双8000t回转式起重船的运行数据,结合Jonswap海浪谱,得到船体在波浪中的六自由度运动响应。以船体的运动响应作为吊物系统的激励,采用本文提出的控制算法对吊物进行防摆控制,结果表明吊物的摆动明显降低。通过与无控状态和PID控制状态下吊物摆动情况进行对比分析,进一步验证了本文提出的模糊PID控制方法的优越性。
展敏[2]2014年在《起重船吊物系统的控制研究》文中研究表明随着当前全球对海洋资源的大力开发，起重船作为海洋工程中常用的工程船舶，是海上装卸、建造的必备工具，越来越受到各国的关注。起重船在海上作业时，难免会受到风浪的影响，船体因此会发生摇摆而致使作业无法正常进行，严重时，还会引发起重船船体倾覆，后果不堪设想。因此有必要对起重船的吊物系统进行控制研究，使吊物摆角控制在安全范围内，提高吊物系统的自动化与智能化，这对于保证起重船快速平稳的作业具有重大的意义。本文以起重船海上起吊作业情况为背景，首先对海洋波面的运动做了一定的研究，建立了海上规则波的波面运动方程。然后以规则波作为吊物系统的干扰激励，运用拉格朗日法建立了吊物系统的动力学方程，在MATLAB中采用数值分析法得出了影响吊物系统的动力响应的叁个因素，分别是吊绳长度、起吊速度及激励频率。然后根据吊物系统的动力响应结果，对吊物控制系统构建了一个前馈反馈控制器整体框架，前馈控制器是由ELM极限学习机构成，反馈控制器是通过神经网络控制与滑模变结构控制相结合设计。再结合船用起重机的结构特点，在起重机机械臂末端增加两个运动方向相互垂直的液压缸，以此为执行机构，分别对船体的横摇与纵摇进行角度补偿，参照机器人手臂建模的方法，利用D_H建模法建立了吊臂控制系统的模型。接着对起重船摆动轨迹跟踪进行了具体的研究，用于前馈控制。由于传统神经网络存在缺陷，提出一种基于极端学习机ELM算法的轨迹跟踪方法，对ELM算法的理论及步骤进行了探讨，并与传统的BP神经网络算法进行对比，分析仿真结果，得出了ELM算法的可行性与优越性。最后设计了神经滑模控制器，用于反馈控制。利用滑模变结构控制的强鲁棒性，结合神经网络超强的自学习能力，采用ELM网络对滑模变结构控制切换项的增益进行调节，降低了滑模控制的抖振，提高了整体控制性能。最后将控制器用于吊物系统摆动控制中去，分析吊物摆动控制的仿真效果，结果显示该控制系统能够较好的实现吊物摆角控制。
芮光六[3]2004年在《起重船吊物系统的摆动分析及其控制研究》文中研究说明起重船不仅是港口船舶装卸的重要工具,而且在港建水工作业、造船工程、桥梁建筑、水下救捞以及各种海洋工程中均具有广泛的用途。起重船在起吊货物时,海上波浪的作用会引起船体的运动,导致吊物的摆动加大,给起吊操作带来危险,有时被迫中止起吊作业。本文研究起重船上的吊杆起重机工作时,吊物的摆动分析及其控制。利用延时定位反馈的概念来开发出一种新的控制系统,减小起重船上吊物的摆动,使得本来不能进行起吊作业的海况下可以进行货物的起吊与运送。1.起重船作业时,船体因受到海浪作用而发生的运动与吊物的运动相互耦合,这使得研究吊物系统的动力问题复杂化。本文忽略了吊物运动对船体的影响,假定吊杆上的吊物点P处由于船体运动而产生的运动为已知,并将它们作为对吊物系统的基础激励。本文重点是将吊物系统简化为球摆模型,推导了平面内、平面外的耦合非线性运动方程组。研究吊点激励对该系统产生的最危险的情况(称极端情况)的存在以及吊物系统的动力响应,并进行了分析讨论,得出非常有益的结论。2.研究延时定位反馈控制理论,明确其原理,同时讨论了它的稳定区域;并提出将这种控制方法用在起重船吊物摆动的控制上。3.根据延时定位反馈控制器的要求,结合起重船吊物摆动的特点,设计了延时定位反馈控制器。4.为了验证延时定位反馈控制器的可行性,本文以T-ACS起重船为例进行了计算机模拟。结果表明,设计合理的延时定位控制器,可以明显的减小吊物的摆动幅度。本文通过对起重船吊物系统的动力分析,给出了吊物摆动角的非线性方程组。为了减小吊物的摆动,研究了延迟定位反馈控制方法,成功地设计了一种控制器。模拟结果表明,吊物的摆动可以得到明显地控制,因此这种控制方法,一旦制成系列的延迟控制器应用到起重作业工程实际中,将可以带来很大的经济效益。
文定旭[4]2011年在《运架梁起重船动力学分析及仿真》文中研究说明运架梁起重船在跨海大桥、海洋平台等建设中具有重要的作用。影响起重船动力学响应的因素十分复杂,包括外部波浪力、流体粘滞曳力、锚索力、风力,以及船体、海浪和吊物系统的相互耦合。所以,对起重船动力学进行分析,特别是对其耦合特性进行分析,对起重船的设计制造和安全作业具有重要的意义。本文针对运架梁起重船,主要做了如下研究:首先,对运架梁起重船作业过程中吊物系统的非线性动力学响应进行分析。根据吊物系统的几何约束,简化四吊点吊物系统为双摆模型,运用带乘子的拉格朗日方程建立其动力学方程,对规则波条件下吊重的动力学响应进行了分析。其次,引入变绳长的方法,对吊物系统的摆角进行了延时反馈控制,分析了不同绳长下吊重摆动控制的效果。最后,对运架梁起重船进行虚拟样机建模及分析。将起重船船体所受到的主要外部载荷:波浪力、流体粘滞曳力、锚索力,加载在模型中,同时,将起重绳以Bushing连接进行模拟,以真实的模拟起重船工作时的外部环境。通过虚拟样机技术研究了起重船的动力学响应及其耦合作用。研究结果表明:运架梁起重船吊物系统的摆动在一定条件下可进行线性分析;采用基于变绳长的时间延时反馈控制法,对控制吊重的摆动具有明显的效果;运架梁起重船的船体、海浪和吊物系统之间存在相互耦合作用,在起重船工作中,可以通过设计的合理的起重船自揺周期,以减小耦合的影响。本研究为起重船的生产设计、吊重摆动控制和工程实际作业提供了依据和参考。
武永波[5]2015年在《起重船吊物系统的滑模控制研究》文中研究说明随着陆地资源的不断消耗,人们逐渐加大海洋资源的利用与开发,近年来海洋运输以及海洋工程得到了快速的发展。起重船是一种重要的海洋交通工具,在海洋运输业与海洋工程中实现货物与设备的转移时有着不可取代的作用。然而在起重船工作时,受到波浪的影响船体发生摇晃,致使起吊的货物发生摆动以及升沉位移。吊物大幅度的运动会撞击到甲板或其他设备,不仅威胁到了人员和设备的安全,还大大降低了货物转移的工作效率,造成了重大的经济损失。因此,需要研究起重船作业时吊物的动力响应,并对其施加控制作用,来抑制吊物的摆动和实现升沉补偿。本文基于起重船面临的控制问题,以回转式起重船作为研究对象,建立其系统的动态方程。以滑模变结构控制理论为基础,设计起重船上起重机欠驱动部分以及驱动部分的控制方程,并基于李亚普诺夫渐进稳定性,在保证了欠驱动部分的自稳性以及驱动部分的稳定性的同时,得到滑模控制律。选取某个起重能力为2×8000吨的起重船,运用Matlab进行数值仿真,模拟对起重船吊物的控制过程。从仿真结果中发现滑模控制律对吊物很好的抑制了吊物的摆动并实现了对吊物的升沉补偿作用。最后讨论了控制系统对吊物质量的鲁棒性问题,得到了控制器对吊物质量的变化不敏感的结论。
刘伟[6]2013年在《起重船吊物动力响应及主动控制研究》文中研究说明随着社会的进步,人类活动的范围越来越广,生产能力越来越强,随之而来的问题就是资源的大量消耗。陆上资源和空间已难以满足社会发展的需求,世界各国越来越重视海底资源的开发。作为重要的海洋工程船舶,起重船有了广阔的用武之地。因为起重船在不稳定的海面上工作,复杂的环境荷载常常引起起重船的大幅运动,进而引起吊物出现升沉和摆动。这不但给起重船工作带来安全隐患,还影响其工作效率,工期难以预期。因此,准确的得到吊物的动力响应,分析其影响,并实施主动控制是起重船设计中的关键任务。基于起重船实际工作中遇到的问题,本文以多体动力学为基础,建立了起重船的动力学模型。模型中主要涉及臂架的变幅、回转以及吊索的起升运动。应用龙格-库塔方法求解动力方程。选取某大型起重船作为计算模型,使用本文研究的方法,重点分析由船体运动引起的吊物系统动力响应。选取PID控制,建立受控系统的数学模型。运用MATLAB编程,调节PID控制器的相关参数,减小吊物系统的动力响应,实现对吊物的主动控制。
吕宏松[7]2009年在《起重船吊物系统动态特性分析及模型实验研究》文中提出起重船是海洋工程中常用的工程船舶,是海上装卸、建港水工作业以及各种海上建筑物建造和安装的必备工具。起重船在风浪的作用下会产生危险的大幅摆动,这不仅会降低吊装的就位精度,严重时还会引起吊物与结构物的碰撞,导致设备的损坏和人员的伤亡,因此对起重船吊物系统动态特性进行分析,对吊物的摆振进行预测和控制,对保证起重船海上作业安全具有重要的意义。本文以起重船吊物系统为研究对象,考虑吊物的大幅摆动,建立了吊物系统非线性动力学模型,完成了在不同基座激励下吊物系统动态响应特性分析和吊物系统模型实验。首先本文建立了吊物系统数学模型,考虑吊点处吊索弹性恢复力,利用拉格朗日方法推导出吊物系统非线性动力学方程,并利用MATLAB软件,分析了不同的吊索长度,不同的外部激励频率以及吊物的升降运动对吊物系统摆振的影响,表明通过改变吊索长度可以改变吊物系统的动态响应;外部激励频率对吊物摆振有很大影响;控制吊物的升降速度可以减小吊物的面内外摆角。计算也表明面内的激励也会导致面外的摆角产生较大的变化。随后利用ADAMS软件建立了吊物系统实验台刚柔耦合的虚拟样机模型,对吊物系统动态响应特性进行进一步分析,并给出了系统在不同激励下吊物运动轨迹图和运动相图。最后通过吊物系统模型实验,对前面一些仿真结果进行比较分析,从而验证了建立的动力学模型的合理性。仿真和实验结论可用于对起重船吊物系统摆振进行预测和控制。
许元革[8]2012年在《深水铺管起重船作业实时动力学仿真研究》文中进行了进一步梳理深水铺管起重船作业视景仿真系统是以深水铺管起重船为基础，基于理论模型和实测数据而建，可以起到人员操作培训、工程过程演练等作用。为了创建逼真的铺管起重作业虚拟训练环境，根据深水铺管起重船作业系统的运行特点，研究虚拟现实技术、通信网络技术、半实物操纵以及仿真软件体系结构，采用高层体系结构的联邦仿真思想，设计了分布交互式深水铺管起重船作业实时仿真系统。对于起重作业仿真系统，根据实际海上起重作业过程特点，综合考虑海情、海况、动力定位、实时操纵以及压载调整等多种因素对起重作业的影响，构建了多通道数据交流数学模型。在构建吊物系统的数学模型时，根据全回转起重船吊物系统的运行特点，将吊物运动分解成相互独立的吊物摆动和吊索波动；针对吊索波动，采用弦振动理论构建了混合初始边界条件下确保存在唯一性的柔索波动数学模型，并利用无条件稳定的隐式差分法解决了波动方程数值解的稳定性问题；针对吊物摆动，采用动力学原理及阻尼理论，构建了吊物摆动数学模型，并采用布里斯近似积分法求解了其非线性耦合2阶微分方程，有效地解决了实时计算时的累积误差和计算速度滞后现象；利用迭加原理获得了起重作业视景仿真所需相关数据。对于铺管作业仿真系统，为了预测S型海底管道铺管船在铺管作业过程中的管道铺设形态、张紧器张力、管道轴向应力等参数，融合海底管线力学及欧拉-伯努利梁理论，建立了常值海流作用下的管线形态静态数学模型，推导了张紧器的张力预测公式，开发了S型铺管形态的静态计算软件；为了计算悬空段倾斜管道在波浪中的自由振荡运动，利用独立流场模型的Morison方程修正公式及伯努利-欧拉线性动力梁-缆方程的一般形式，推导了海浪作用下的管线-缆索振荡数学模型，并采用有限差分法实时解算了其管线-缆索振荡4阶偏微分方程组；为了提高铺管作业仿真系统实时运算的稳定性、收敛性及准确性，采用静态数学模型计算了海流载荷引起的管线运动的静态分量，采用动态数学模型计算了船体运动及波浪载荷引起的管线运动的动态分量，利用迭加原理获得了铺管作业实时仿真所需相关数据。仿真结果表明，工程技术人员通过仿真演练可以对起重铺管作业过程的关键参数进行推敲，对实际操作过程进行预演，起到辅助制定工艺过程、降低海上作业风险以及提高海上工程作业的可靠性的作用。
任会礼, 王学林, 胡于进, 李成刚[9]2007年在《起重船吊物系统动力响应仿真分析》文中进行了进一步梳理起重船在波浪的作用下会引起吊重的大幅摆动,从而导致海上作业被迫停工。根据拉格朗日方程建立了吊物摆振叁维非线性动力学模型,其中考虑了起重机吊重的升降运动等操作。采用数值仿真的方法对吊重的动力响应进行了研究,结果表明吊索长度、起吊速度以及激励频率等因素对吊物系统动力响应有重要影响,且吊重的面内、外摆角之间存在相互耦合作用。得到的结论可用于起重船吊物系统振动的预测与控制。
袁枞[10]2014年在《起重船吊物模糊控制研究》文中提出随着全球经济的迅速发展,陆地资源不断消耗,已经不能满足社会快速发展的需求。许多国家逐渐将能源发展的竞争方向指向了资源丰富的海洋,成为了解决资源问题的新方向。我国辽阔的海域蕴含着储量巨大的海洋资源,有着很大的开发潜力。而海洋工程装备技术的研发和掌握对我国海洋资源的开采具有重大意义。起重船作为一种重要的海洋工程装备,在海洋工程任务中应用广泛。但是当海况恶劣时,起重机起吊过程中,吊物会发生摆动和升沉运动,这使得起吊作业无法正常进行。为了保证船用起重机能安全有效地进行起吊作业,吊物控制成为起重船所需要的重要功能。本文针对目前现有的回转式船用起重机的概念形式,对其吊物位置控制进行研究。首先对此类起重船吊物控制策略进行初步设计,根据起重机的结构形式以及起吊作业特点,提出了此类船用起重机吊物主动控制策略。通过船用起重机转盘回转和臂架变幅控制吊物的摆动。而吊物的升沉补偿主要由吊索收放控制。然后对吊物控制进行详细设计,采用拉格朗日法建立了吊物的动力响应方程。由于吊物的位置由船体运动,转盘转角,臂架变幅角和吊索变化共同决定。建立控制电压与吊点位置相关参数之间的关系,推导吊物摆动控制方程,并结合模糊控制方法确定吊物摆动控制电压的实际值。然后建立了吊物升沉与吊索控制电压的关系。通过这些数学推导,得到了吊物摆动和升沉补偿的控制方程,达到吊物位置控制的目标。最后选取某待建双8000t回转式起重船作为计算模型,采用本文中所设计的吊物控制方法,并运用MATLAB编程进行吊物控制数值仿真。计算结果表明,所提出的吊物控制方法可以提高回转式起重船的吊物控制性能。
参考文献：
[1]. 起重船吊物系统的动态特性分析及其防摆控制研究[D]. 单亚军. 东南大学. 2017
[2]. 起重船吊物系统的控制研究[D]. 展敏. 江苏科技大学. 2014
[3]. 起重船吊物系统的摆动分析及其控制研究[D]. 芮光六. 天津大学. 2004
[4]. 运架梁起重船动力学分析及仿真[D]. 文定旭. 华中科技大学. 2011
[5]. 起重船吊物系统的滑模控制研究[D]. 武永波. 大连理工大学. 2015
[6]. 起重船吊物动力响应及主动控制研究[D]. 刘伟. 大连理工大学. 2013
[7]. 起重船吊物系统动态特性分析及模型实验研究[D]. 吕宏松. 华中科技大学. 2009
[8]. 深水铺管起重船作业实时动力学仿真研究[D]. 许元革. 哈尔滨工程大学. 2012
[9]. 起重船吊物系统动力响应仿真分析[J]. 任会礼, 王学林, 胡于进, 李成刚. 系统仿真学报. 2007
[10]. 起重船吊物模糊控制研究[D]. 袁枞. 大连理工大学. 2014
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