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水舱台架耦合控制研究及数字控制系统设计

王柏林

   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。……   
[关键词]:耦合控制;水舱台架;模型参考自适应;Pmac控制器
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:哈尔滨工程大学2010年