《水舱台架耦合控制研究及数字控制系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水舱台架耦合控制研究及数字控制系统设计（82页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、分类号： UDC ： 密级： 编号： 工学硕士学位论文 水舱台架耦合控制研究及 数字控制系统设计 硕士研究生： 指导教师： 学位级别： 学科、专业： 所在单位： 论文提交日期： 论文答辩日期： 学位授予单位： 王柏林 梁利华教授 工学硕士 机械电子工程 自动化学院 2 0 1 0 年3 月 2 0 1 0 年3 月 哈尔滨工程大学 _ - C l a s s i f i e dI n d e x ： U D C ： l I I II II III II I II I II II I I 18 0 9 2 3 8 AD is s e r t a t i o nf o r t h eD e g r
2、 e eo fM E n g R e s e a r c ho n C o u p l i n gC o n t r o l o fT e s tBe n c h o f A n t i - r o l l i n g D i g i t a lC o n t r o lS y s t e m C a n d i d a t e ：W a n gB a i 1i n S u p e r v i s o r ：P r o f e s s o r L i a n gl i h u a A c a d e m i cD e g r e eA p p l i e df o r ：M a s t e r
3、o fE n g i n e e r i n g S p e c i a l i t y ：M e c h a n i c a l e l e c t r o n i cE n g i n e e r i n g D a t eo fS u b m is s i o n ：M a r c h ，2 0 1 0 D a t eo fO r a lE x a m i n a t i o n ：M a r c h ，2 0 1 0 U n i v e r s i t y ：H a r b i nE n g i n e e r i n gU n i v e r s i t y A 母V I 屯 土 弋
4、 t - 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由 作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在 文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。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。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：4 - 和乖岛 日期：加一年月f 日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程 大学有权
5、保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人 允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进 行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位 论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨 工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文( 函往授予学位后即可口在授予学位1 2 个月后 口 解密后) 由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。 作者( 签字) ：匆槲导师( 签字) ：一一上勃哟 日期：) 7 口年多月fZ 日2 ，。年；月 l ， 专 士学位论文 要 二自由度减摇水舱实验台架是研究
6、和设计减摇水舱的重要实验设备，它 可以模拟船舶在海浪中的运动，从而通过台架试验为减摇水舱的设计提供依 据。该实验装置是一种专用综合系统，在国内还没有如此功能规模的装置。 二自由度减摇水舱实验台架的横摇运动与横荡运动是耦合的，这使得台架系 统跟踪输入位置信号能力受到很大影响。 本文首先推导了台架系统的动力学模型，分析了横摇运动与横荡运动的 耦合关系。为了进一步分析二者之间的耦合关系，利用A d a m s 对台架系统进 行了仿真，并对仿真结果进行了分析。对台架液压位置系统进了建模。针对 位置系统对不同周期规则波跟踪情况进行仿真，仿真结果表明，未加控制的 位置系统的信号跟踪能力并不理想，系统对高频
7、输入信号跟踪效果不佳。接 着研究了P I D 控制器的应用，仿真结果表明对于单自由度运动控制，P I D 控 制器完全可以满足要求，然而对于二自由度耦合控制来讲，传统P I D 控制效 果并不理想。 针对台架系统耦合控制，提出了自适应控制算法，并对其控制效果进行 了仿真研究，通过与传统P I D 控制的效果对比，证明了对于二自由度台架系 统耦合控制，自适应控制提高了系统的鲁棒性，使系统跟踪输入位置信号能 力大大提高。接着利用A d a m s M a t l a b 联合仿真技术进一步验证了自适应控制 在台架耦合控制中的有效性。 其次，本文设计了基于P M A C 数字控制器的控制系统以及基于
8、研华公司 P C L 一1 8 0 0 卡的数采监督系统。此系统可以控制台架进行单自由度运动或者二 自由度联合运动，可以实时采集系统的位置、速度、加速度以及水舱液位等 信号，并且可以将数采数据保存，便于以后进行分析研究。 最后，利用所设计的数字控制系统对台架系统进行了试验，实验了台架 系统对不同周期规则波的跟踪情况，并对实验结果进行了分析说明。 关键词：耦合控制；水舱台架；模型参考自适应；P m a c 控制器 卜、， 1 I 哈尔滨工程大学硕士学位论文 A BS T R A C T T w od e g r e eo ff r e e d o mt e s tb e n c ho fa n
9、t i - r o l l i n gt a n ki sa ni m p o r t a n t e x p e r i m e n tf a c i l i t yt or e s e a r c ha n dd e s i g na n t i - r o l l i n gt a n k I tC a ns i m u l a t ef a c t u a l m o v e m e n to ft h ev e s s e l n l ed e v i c ei sak i n do fs p e c i a lc o m p l e xs y s t e m S of a r c
10、h i n ah a sn os u c ht e s te q u i p m e n t sa sS t ) l a r g es c a l e T h er o l l i n gm o t i o na n dt h e s w a ym o t i o no ft h eb e n c hi sc o u p l e d ，S Ot h et r a c k i n ga b i l i t yo ft h ep o s i t i o ns i g n a l i Sa f f e c t e d A tf i r s t ，d e d u c e dt h ec o u p l
11、 i n gr e l a t i o n s h i p I no r d e rt of u r t h e ra n a l y z et h e c o u p l i n gr e l a t i o n s h i p ，d i dt h es i m u l a t i o n 嘶t I lA d a m s ，a n da n a l y z e dt h er e s u l t s T h e nm a d et h eh y d r a u l i cp o s i t i o n i n gs y s t e mm a t h e m a t i c a lm o d
12、e lo ft h eb e n c h , b a s e d0 1 1t h ed i f f e r e n tp e r i o d i cr e g u l a rw a v e s ，d i dt h es i m u l a t i o n , t h er e s u l t s s h o w e dt h a tt h es i g n a lt r a c k i n ga b i l i t yo ft h eu n c o n t r o l l e ds y s t e mw a sn o ti d e a l ， t h et r a c k i n ga b i
13、 l i t yo ft h eh i g hf r e q u e n c ys i g r l a lW a sn o tg o o d ，t h e n , s t u d i e dt h e c o n t r o le f f e c to fP I Da l g o r i t h m n l es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o w e dt h a tf o rt h ec o n t r o l o ft h es i n g l ed e g r e eo ff r e e d o m ，t h eP I Dc o n t r o
14、l l e rc a nc o m p l e t e l ym e e tt h e d e m a n d ，b u tf o rt h ec o n t r o lo ft h et w od e g r e eo ff r e e d o m ，t h ec o n t r o le f f e c to ft h e P I Dc o n t r o l l e rW a si n e f f e c t i v e F o rt h ec o u p l i n gc o n t r o l ，t h ep a p e rp r o p o s e ds e l f - a d a
15、 p t i n ga l g o r i t h m , a n d s t u d i e dt h ec o n t r o le f f e c t , t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o w e dt h a ti ti m p r o v e dt h e r o b u s to ft h es y s t e mg r e a t l y T h e nu s i n gA d a m s M a t l a bc o m b i n e ds i m u l a t i o n v e r i f i e dt h ea l
16、g o r i t h m S e c o n d l y , d e s i g n e d t h ec o n t r o ls y s t e mw h i c hb a s e do nt h eP M A Cc o n t r o l l e r a n dt h ed a t ea c q u i r es y s t e mw h i c hb a s e do nt h eP C L 一18 0 0c a r d T h es y s t e mC a n c o n t r o lt h eb e n c h ，a n di tC a nc o m p l e t es i n g l ed e g r e eo ff r e e d o mm o t i o no rt w o d e g r e eo f f r e e d o mm o t i o n ，i tC a nm a k ed a t ea c q u i s i t i o na n ds a v ei t
