课题基金 / 基金详情

电驱动海洋绞车主动升沉补偿运动预测、轨迹规划与控制研究

批准号:
52075163
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
黄良沛
依托单位:
学科分类:
机械动力学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
黄良沛

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
由于受风浪、海流及潮涌的影响,海洋绞车在进行吊装重物收放、水下打捞、水下安装等海上精准作业时,母船升沉运动引起缆绳和水下作业装备上下起伏,严重影响水下安装定位精度和作业效率,对水下作业装备造成严重的安全隐患。项目针对船舶升沉运动对水下作业扰动问题,建立海洋绞车母船、缆绳及水下作业装备的耦合动力学模型,得到海洋绞车在波浪起伏作用下收放缆索的补偿量及缆绳张力变化规律。利用惯性测量单元获得的船舶姿态信号,建立多变量状态误差模型和预测模型,对船舶运动姿态和海洋绞车垂直运动进行估计和预测。研究基于模型预测控制的扰动轨迹规划与最优控制方法,提出“前馈控制+反馈控制+预测控制”的复合控制策略。建立电驱动海洋绞车主动升沉补偿控制系统动力学模型,通过仿真分析和试验研究,揭示主动升沉补偿动态响应特性和运动规律,优化控制器参数和模型参数,提高电驱动海洋绞车主动升沉补偿精度,确保水下作业装备安全可靠地工作。
英文摘要
Due to the impact of wind, wave, current and tide, when the marine winch performs precise marine operations such as lifting heavy objects, underwater salvage, and underwater installation, the ship heaving motion causes the cables and underwater operating equipment to rise and fall, which seriously affects the underwater installation positioning accuracy and operating efficiency, and poses serious safety risks to underwater operating equipment. Aiming at the problem of the disturbance of the ship's heave motion on the underwater operation, the coupling dynamic model of marine winch mother ship, cable and underwater working equipment is established by considering the influence of wave fluctuation on ship, cable and underwater equipment. Through the model simulation, the compensation amount of the cable and the variation law of the cable tension of the marine winch under the action of wave fluctuation are obtained. Based on the ship attitude signal obtained by inertial measurement unit, the multivariable state error model and prediction model are established to estimate and predict the ship motion attitude and the vertical motion of the marine winch. Considering the influence of ship heave motion on underwater load positioning disturbance, the disturbance trajectory planning and optimal control method based on model predictive control are studied, and a compound control strategy of "feedforward control + feedback control + predictive control" is proposed. The control system dynamics model of electric driven marine winch is established. Through simulation analysis and experimental research, the dynamic response characteristics and motion law of active heave compensation are revealed, and the controller parameters and model parameters are optimized. The accuracy of active heave compensation of electrically driven marine winch is improved to ensure the safe and reliable operation of underwater equipment.
海洋绞车作为海洋资源勘探与开发的重要装备,广泛应用于海上货物吊装、船舶补给转运、水下机器人、海洋管道铺设、海洋石油钻探、海上石油储运等海上作业环境中。受风浪、海流及潮涌的作用,安装海洋绞车的船舶呈现非常复杂运动姿态。母船运动对海洋绞车海上作业造成严重影响,特别是在恶劣的海况下进行水下吊装作业时,由于船舶升沉起伏运动,海洋绞车牵引水下作业装备随着波浪上下起伏,不仅严重影响水下作业效率和吊装定位精度,而且绞车系统及缆绳受到剧烈的动态冲击力导致缆绳断裂,对海洋作业装备造成严重的损坏。海洋绞车主动升沉补偿系统具有高阶次、非线性、参数时变、时滞性特点,在物理建模与动力学分析、船舶姿态检测与估计、控制技术等方面存在诸多问题亟待解决。.项目针对恶劣海况船舶升沉运动对海洋绞车作业影响,如何利用升沉补偿技术来减少作用于海洋绞车及缆绳上的冲击动态载荷力,开展电驱动海洋绞车主动升沉补偿机理与控制策略等方面的研究。综合考虑风浪、海流对船舶姿态、缆绳张力及水下装备安装精度的影响,建立了海洋绞车母船、缆绳及水下作业装备的耦合动力学模型,获得了海洋绞车在波浪起伏作用下收放缆索的补偿量及缆绳张力变化规律。利用惯性测量单元获得的船舶姿态信号,建立了多变量状态误差模型和预测模型,对船舶运动姿态和海洋绞车垂直运动进行估计和预测。研究基于模型预测控制的扰动轨迹规划与最优控制方法,提出了“前馈控制+反馈控制+预测控制”的复合控制策略。建立了电驱动海洋绞车主动升沉补偿控制系统动力学模型,通过仿真分析和试验研究,揭示了主动升沉补偿动态响应特性和运动规律,提高电驱动海洋绞车主动升沉补偿精度。项目研究突破解决了海洋资源开发中的关键技术和瓶颈问题,提升了我国海洋工程装备技术水平和核心竞争力,为我国海洋绞车升沉补偿系统设计提供理论支撑和参考依据。
面向槟榔自动化加工的不规则特征识别与运动控制研究
  • 批准号:
    2021JJ50117
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    黄良沛
  • 依托单位:
基于多体动力学仿真和HMM的直升机传动系统早期故障诊断与预测维护
  • 批准号:
    U1433118
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    42.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    黄良沛
  • 依托单位:
面向维护的机电系统可靠性建模与设计优化方法
  • 批准号:
    50875082
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    30.0万元
  • 批准年份:
    2008
  • 负责人:
    黄良沛
  • 依托单位:
国内基金
海外基金