张志虎[1]2002年在《DSP在减摇水舱试验台架控制系统中应用的研究》文中指出船舶减摇水舱试验台架是一专用综合系统，利用试验台架来模拟船在海浪中的摇摆，从而通过台架试验为减摇水舱的设计提供依据，为实船装备减摇水舱提供试验数据。现阶段的减摇水舱实验台架控制系统，是利用工控机来进行信号的产生、传感器反馈信号的采集以及完成控制过程，任务较为繁重。 DSP芯片是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。数字信号处理器(DSP器件)，作为快速处理与实时处理最重要的载体之一，正日益受到科学技术界与工程界的关注。 本课题研究的目的就是将DSP这一优秀的数字信号处理器件应用到减摇水舱试验台架控制系统中，以期在控制系统中发挥其如上所述的优点。为使工控机从繁忙的数据处理中解放出来，DSP正是理想的选择。 本论文主要开展了以下几个方面的工作： 1．对船舶减摇水舱试验台架的数字控制器进行了经典PID设计。考虑到系统的可实现性，这里采用了增量式数字PID控制器。 2．对控制系统进行了硬件设计。硬件主要是由DSP组成的最小系统，另外还包括A／D、D／A以及驱动电路。在船舶减摇水舱试验台架控制系统中选取的DSP芯片是TI的TMS320F240。 3．对控制系统进行了软件设计。软件包括控制系统PID算法的DSP实现、系统初始化以及A／D、D／A转换程序。 4．进行系统联调，验证DSP在船舶减摇水舱试验台架控制系统中的可行性。 论文最后给出了在采用DSP之后减摇水舱试验台架的摇摆试验结果。结果表明，DSP器件在船舶减摇水舱试验台架控制系统中工作情况良好，发挥了自身的优势，完全可以替代工控机完成控制过程。
邓舒勇[2]2001年在《基于DSP的船舶减摇水舱试验台控制系统研究》文中进行了进一步梳理减摇水舱是一种重要的减摇装置，尤其是在船舶航行在低航速情况下能有效的进行减摇，克服了减摇鳍在低航速情况减摇效果较差的缺点。因此，在目前我国还没有进行减摇水舱装船前，为更好地进行减摇水舱的减摇性能研究，需要设计一种模拟实船运动的实验装置---船舶横摇运动试验台架来检验水舱的效果。本论文主要是研究DSP在船舶横摇运动试验台控制系统设计中的应用问题。其主要内容包括： (1)通过计算机对不同的海况进行仿真，得出不同的海况下不同的波浪的干扰模拟力矩M_w。 (2)船舶横摇运动试验台的物理结构并对元件的选取，同时对系统的稳定性进行了分析。对试验台的数字控制器进行了经典PID设计，同时对系统进行仿真。 (3)对控制系统进行了硬件和软件设计。硬件主要是由DSP(TMS320F240)组成的最小系统。软件包括控制系统算法和系统初始化及A／D、D／A转换程序、RS-232串口通信程序和PDPINT中断保护程序。 (4)设计了信号偏置电路和伺服阀驱动电路。
张虹[3]2004年在《可控被动式减摇水舱仿真及试验研究》文中研究说明可控被动式减摇水舱是应用最广泛的减摇装置之一，在各种航速下都能减少船舶的横摇运动，它是在被动式减摇水舱的基础上，在两边舱顶部安装气阀，用少量的能量控制气阀的开启和关闭来实现对水舱内水流动的控制，使减摇水舱中的水总是保持在船舶向上运动的那一侧，从而避免了在非谐摇区的横摇频率出现较高的横摇幅值，解决了被动式减摇水舱的固有问题。 本课题来源于哈尔滨工程大学“211”重点建设项目“船舶减摇水舱试验装置”，对可控被动式减摇水舱的控制方法及相关理论问题进行了深入分析和研究。 本文在查阅大量国内外资料的基础上，综述了减摇水舱的国内外发展和研究现状，确定了本文的研究方向。 通过对气体的做功分析，推导了气阀的控制方程，在查德惠克U型被动式减摇水舱理论的基础上，针对两侧气阀控制和单侧气阀控制两种情况分别建立了“船舶-可控被动式减摇水舱”系统的数学模型。 推导了最佳控制方法的理论依据，对关闭气阀时刻和开启气阀时刻的选取进行了深入的理论研究。通过常规控制方法和最佳控制方法的比较，指出控制方法的选取是关系到可控被动式减摇水舱减摇效果的关键环节。仿真结果表明，最佳控制方法是行之有效的，它比常规控制方法具有更宽的减摇范围，两侧气阀控制比单侧气阀控制的效果好。 讨论了摇摆试验台模拟中的几个主要问题，包括海浪干扰力(矩)、阻尼力(矩)的模拟及实现等；给出了摇摆试验台的重心和转动惯量的调整方法。对可控被动式减摇水舱的控制系统进行了DSP设计，并且对电磁阀的选取、气动系统的设计等方面进行了详细地阐述。 最后，运用最佳控制方法，对规则波作用下的可控被动式减摇水舱进行了模型试验研究，给出了可控被动式减摇水舱模型性能试验结果。结果表明，摇摆试验台能够模拟在波浪作用下船舶横摇运动，试验确定的水舱固有周期与理论估算值基本符合。可控被动式减摇水舱在低频区能够较好地减小摇摆试验台的横摇运动幅值，比被动式减摇水舱具有更宽的减摇范围，可控被动哈尔滨工程大学博士学位论文式减摇水舱具有一定的减摇效果。通过模型试验，为实船装备可控被动式减摇水舱提供了试验依据。关键词:减摇水舱;可控被动式;气阀控制;横摇;摇摆试验台
杨鹏[4]2004年在《水舱试验摇摆台位置系统控制方法研究》文中研究表明水舱试验摇摆台是研究和设计减摇水舱的重要试验设备,利用它可以模拟船在海浪中的摇摆,从而通过摇摆台实验为减摇水舱的设计提供依据。该试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。本论文重点对水舱试验摇摆台DSP数字控制器的设计和对水舱试验摇摆台位置系统进行研究。 本文首先对水舱试验摇摆台位置系统进行建模,计算了系统参数。并且,对摇摆台位置系统跟踪规则波的情况进行了仿真研究。分析了系统跟踪小周期信号不好的原因,并对修改机构参数后的系统进行了仿真研究,证明了该方法的有效性。 然后,针对电液伺服系统,由于系统的参数会随时间发生变化,加之非线性因素的影响,系统的精确数学模型不易建立,因此常规PID控制不易获得满意的控制效果的情况。本文在水舱试验摇摆台电液位置系统中引入一种神经网络自适应PID控制器,并对其控制效果进行仿真研究,通过与常规PID控制的效果进行对比,来证明其优越性。 此外,本文重点研究了水舱试验摇摆台DSP数字控制器的设计。对DSP控制系统中的复位和时钟电路、电源和电平转换电路、存储器接口电路、A/D、D/A转换电路、串行通信接口电路等进行了设计,并且硬件电路已经全部调试通过。软件部分,采用DSP汇编语言,分别对系统初始化模块、A/D转换模块、D/A转换模块、串行通信模块和PID控制模块等几部分进行编程,完成了整个DSP控制系统的软件部分设计,并在DSP软件开发环境CCS中仿真通过。 最后,对水舱试验摇摆台位置系统的实验进行了研究。设计了实验所需要的外围硬件和软件程序,对基于工控机的水舱试验摇摆台位置系统跟踪不同周期规则波的情况进行了实验,并且对实验曲线进行了分析。
孙伟[5]2006年在《船舶U型减摇水舱控制系统设计及实验研究》文中研究指明减摇水舱是应用最广泛的减摇装置之一，在各种航速下都能减少船舶的横摇运动，并且能够在一定的控制下，减少船舶横倾，进行破冰作业及进行倾斜试验，现今装船的减摇水舱装置，无论是被动式或是可控被动式减摇水舱，大多都是U型减摇水舱，U型减摇水舱设计方便，易于控制，并且只要结构设计良好，就可以起到很好的减摇效果。 本课题来源于哈尔滨工程大学“211”重点建设项目“船舶减摇水舱试验装置”，对U型减摇水舱的优化设计、水舱对船舶稳性的影响、控制系统设计及水舱试验进行了一定的研究。 本文在查阅大量国内外资料的基础上，综述了减摇水舱的国内外发展和研究现状，确定了本文的研究方向。 通过对“船舶-减摇水舱”系统的受力进行分析，建立了“船舶-减摇水舱”系统数学模型，并在此基础上，设计仿真方法，对减摇水舱优化设计方法、水舱对船舶稳性的影响及相关方面进行了研究。 针对可控被动式减摇水舱，进行了一定的分析，并进行了仿真，在此基础上讨论可控被动式减摇水舱的控制方法，综合国内外相关产品的资料，结合以往的经验，设计了减摇水舱系统的控制器，包括硬件结构及软件设计。 对于减摇水舱的设计，试验是最重要的一环，首先，根据流体相似，设计减摇水舱的模型，然后讨论了减摇水舱试验台架的原理及功能，设计了减摇水舱试验监控系统，研究了减摇水舱的自由振荡试验、强制振荡试验及全模拟试验的方法及相关数据处理方法。 最后进行减摇水舱试验，包括水舱的自由振荡试验、强制振荡试验，分析了不同阻尼结构对减摇水舱特性的影响，为以后减摇水舱的工程化设计打下了基础。
郭大勇, 梁利华, 李英, 李福义, 李国斌[6]2001年在《用于驱动减摇水舱试验台架的电液力矩伺服控制系统设计》文中认为船舶减摇水舱试验台架是研究和设计减摇水舱的重要试验设备,能否准确的模拟船舶在海浪中的运动是设计试验台架的关键。设计了用于驱动船舶减摇水舱试验台架的电液力矩伺服控制系统,并对系统进行了仿真,仿真结果表明系统符合设计要求。
刘威[7]2004年在《基于DSP的电液力矩伺服控制系统设计》文中研究表明1、前言减摇水舱是减小船舶横向摇摆的重要减摇装置之一,尤其是在低航速和零航速时,常规的减摇装置如减摇鳍难以发挥作用,采用减摇水舱造价低廉,可以有效解决低航速的耐波性问题,达到明显的减摇效果。减摇水舱试验台架是研究和设计减摇水舱的重要试验设备,它可以模拟实际舰船在海浪中的运动.研究水舱的运动、控制规律,并可测得减摇效果。为了使水舱试验台架能够模拟实船在海浪中的运动并研究水舱的实际作用效果,采用了一套能够模拟
王柏林[8]2010年在《水舱台架耦合控制研究及数字控制系统设计》文中认为二自由度减摇水舱实验台架是研究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Adams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,系统对高频输入信号跟踪效果不佳。接着研究了PID控制器的应用,仿真结果表明对于单自由度运动控制,PID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PID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PID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Adams/Matlab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PMAC数字控制器的控制系统以及基于研华公司PCL-1800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。
于立君[9]2007年在《船舶减摇鳍/减摇水舱综合减摇试验装置研究》文中指出目前的减横摇技术主要是采用单独的减摇装置,而单独使用减摇鳍或减摇水舱,在功能上存在局限性。(1)因为鳍的升力与船速平方成正比,所以在航速较高时,减摇鳍的减摇效果明显,在低航速和零航速时,几乎没有减摇作用。(2)尽管减摇水舱能在各种航速下减摇,但与减摇鳍相比,其具有较低的减摇性能。(3)减摇鳍在横浪下减摇效果最好,在其它浪向下的减摇效果不理想甚至不减摇;被动式减摇水舱是依靠水舱本身的横摇固有周期而工作,实际海浪周期与水舱固有周期相差较大时,水舱往往达不到预期的减摇效果,在某些海情下还可能发生增摇。而减摇鳍/减摇水舱船舶综合减摇可以结合减摇鳍和减摇水舱的优点,使舰船在各种航速下都能够有效地减摇。对综合减摇进行理论研究的同时,建立综合减摇试验装置并根据其工作特点,通过合理的分析综合减摇数学模型,研究其在试验装置上的实现方法,并对综合减摇进行试验研究,可为船舶装备综合减摇装置提供理论和试验基础。本文在查阅大量国内外资料的基础上,对减摇鳍/减摇水舱船舶综合减摇的相关理论进行了深入分析和研究,并对其试验装置特性进行了分析,确定了综合减摇在试验装置上的实现方法,并进行了仿真和试验研究。首先,通过分析船舶—减摇鳍系统数学模型和船舶—被动水舱系统数学模型的特点,建立了减摇鳍/减摇水舱综合减摇系统的数学模型;讨论了综合减摇系统中引入减摇鳍和减摇水舱对横摇方程的影响,研究了鳍和水舱的相互作用对静特征数以及综合减摇效果的影响;其次,对综合减摇试验装置进行特性分析,研究了台架模拟船舶横摇方程参数的方法,对试验台架横摇阻尼系数进行了试验研究和分析;在此基础上结合减摇鳍和水舱装置构建了综合减摇试验台,确定了鳍和水舱的相关参数;研究了水舱尺寸的变化对相关参数的影响,并对综合减摇试验台中台架伺服系统数学模型进行了介绍,对海浪进行了理论分析与仿真。再次,结合综合减摇试验装置的特点,提出综合减摇系统在试验装置上实现的关键问题。通过对综合减摇数学模型的分析,提出在综合减摇试验装置上实现综合减摇数学模型的两种方法:按力矩控制原理的二项式法和横摇无因次衰减系数法,并对二种方法进行仿真研究和对比分析。最后,对综合减摇试验装置进行了试验研究。通过试验对力矩反馈的可行性和台架模拟船舶横摇运动的准确性进行测试,对被动水舱的固有周期、被动水舱减摇效果、减摇鳍减摇效果及综合减摇装置减摇效果等进行了试验测试和对比分析。
张虹, 梁利华, 李国斌[10]2004年在《横荡对被动式减摇水舱运动的影响研究》文中进行了进一步梳理被动式减摇水舱是减少船舶摇摆的重要装置之一 ,目前对它的研究大多数都只针对单纯横摇运动。而本文在考虑了横荡对水舱运动的影响后 ,基于U型被动式减摇水舱理论推导了耦合横荡的“船舶 -水舱”系统的数学模型 ,并通过仿真和试验研究证实了考虑横荡对水舱的影响是很必要的 ,更符合于实际情况。
参考文献：
[1]. DSP在减摇水舱试验台架控制系统中应用的研究[D]. 张志虎. 哈尔滨工程大学. 2002
[2]. 基于DSP的船舶减摇水舱试验台控制系统研究[D]. 邓舒勇. 哈尔滨工程大学. 2001
[3]. 可控被动式减摇水舱仿真及试验研究[D]. 张虹. 哈尔滨工程大学. 2004
[4]. 水舱试验摇摆台位置系统控制方法研究[D]. 杨鹏. 哈尔滨工程大学. 2004
[5]. 船舶U型减摇水舱控制系统设计及实验研究[D]. 孙伟. 哈尔滨工程大学. 2006
[6]. 用于驱动减摇水舱试验台架的电液力矩伺服控制系统设计[J]. 郭大勇, 梁利华, 李英, 李福义, 李国斌. 机械设计与制造. 2001
[7]. 基于DSP的电液力矩伺服控制系统设计[J]. 刘威. 黑龙江科技信息. 2004
[8]. 水舱台架耦合控制研究及数字控制系统设计[D]. 王柏林. 哈尔滨工程大学. 2010
[9]. 船舶减摇鳍/减摇水舱综合减摇试验装置研究[D]. 于立君. 哈尔滨工程大学. 2007
[10]. 横荡对被动式减摇水舱运动的影响研究[J]. 张虹, 梁利华, 李国斌. 船舶工程. 2004