高速拖曳设备试验统.doc
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高速拖曳设备试验统,摘要近年来，系留平台和水下机器人等类型的拖曳设备在高速、大行程方向具有较快的发展，而以吊塔为主的试验系统还停留在低速和短行程的技术水平，无法满足拖曳设备性能试验的要求。本文提出了采用恒张力液压绞车作为试验系统，通过控制缆绳张力模拟拖曳设备运行时的负载，满足多种不同拖曳设备性能检测试验的要求。本文对绞车液压系统、卷绕张力...
内容介绍
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摘 要
近年来，系留平台和水下机器人等类型的拖曳设备在高速、大行程方向具有较快的发展，而以吊塔为主的试验系统还停留在低速和短行程的技术水平，无法满足拖曳设备性能试验的要求。本文提出了采用恒张力液压绞车作为试验系统，通过控制缆绳张力模拟拖曳设备运行时的负载，满足多种不同拖曳设备性能检测试验的要求。本文对绞车液压系统、卷绕张力控制技术、电液比例控制技术和自动排缆机构进行了理论分析和实验仿真研究。
分析和研究绞车液压系统，采用电液比例阀控制马达进出油口压差，改变马达输出转矩，实现卷绕缆绳的张力控制。张力开环控制研究时，分析并解决马达机械效率和卷绕半径给控制系统带来的影响；张力闭环控制研究时，进行缆绳张力动态分析，建立缆绳释放和回收过程的张力控制模型。
自动排缆机构以光电编码器脉冲为反馈，PLC控制排缆机构的水平运动紧紧跟随卷筒旋转运动。缆绳直径变化时，排缆速度也会相应变化，具备变节距排缆的功能。排缆到达限位时，控制器分析缆绳缠绕的效果，解决卷筒边端缆绳塌陷的问题。
提出了伪微分控制算法，并应用到张力控制、马达转速控制和排缆系统控制中，根据参数设计方法，获得各个控制模型的控制参数。
搭建张力标定、马达转速控制和排缆机构试验平台，进行了一系列的试验，取得了较好的实验效果。试验结果表明，应用了伪微分反馈控制算法的液压马达速度控制具有响应速度快和抗干扰能力强等优点；自动排缆机构中排缆丝杠水平运动跟随卷筒的旋转，在缆绳直径改变时能够快速响应，实现变节距排缆；运用simulink对张力闭环控制进行仿真研究，验证了其响应速度快、超调量小、控制参数简单易调以及抗干扰能力强。
关键词：恒张力绞车 张力控制 自动排缆 伪微分控制
Abstract
In recent years, the towing equipments such as mooring platform and underwater vehicle, have developed fast in the direction of high speed and large travel, but the crane towers which used as pilot system mostly, is still in the low speed and short trip level. This paper puts forward the constant tension hydraulic winch as test system, the hydraulic winch should satisfy the requirements of many different tower equipments performance test, through controlling the tension of cable to analog towering equipments’ load. This paper has researched essentially both in theory and engineering.
In the research of the hydraulic system, electro-hydraulic proportional control methods are applied to modulate the pressure difference between the inlet and outlet of the hydraulic motor, control the export tension of the hydraulic motor, realize the cable tension control. Analysis and solve the influence of mechanical efficiency of the hydraulic motor and winding radius in open loop tension control. After the cable tension dynamic analysis, establish the tension control model in the cable release and recycling process.
Photoelectric encoder works as the feedback unit in self stowing mooring system, PLC control the horizontal movement of self stowing mooring to follow the rotation movement of the coiling block. The self stowing mooring system change the speed when the cable diameter is changed, and solve the cable sink when the limit switch is contacted.
This paper put forward the PDF control algorithm and applied it to the tension control, motor speed control and self stowing mooring system, then acquire the parameters of the control models, according to the parameter design method.
The experiments of open loop tension control, hydraulic motor speed control and self stowing mooring were designed, and tension close-loop control simulation model was applied, the results of the researches demonstrate, the hydraulic motor speed control system and tension close-loop control with PDF algorithm has easy parameter adjustment, excellent disturbance-handling, small overshoots, fast response and excellent disturbance-handling ability. The self stowing mooring system can response fast when the cable diameter was changed.
Key Words Constant tension winch; Tension control; Automatic row cable; Pseudo Derivative Feedback
目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.1.1 拖曳设备的应用现状 1
1.1.2 拖曳设备性能试验 2
1.1.3 拖曳设备试验系统 2
1.1.4 绞车的分类和选取 3
1.2 卷绕张力控制 4
1.3 张力检测装置 5
1.3.1 张力检测方法 6
1.3.2 张力检测装置工作原理 8
1.3.3 电桥测量电路 9
1.4 电液比例技术 10
1.5 论文的研究意义和内容 11
1.5.1 论文研究意义 11
1.5.2 论文研究内容 12
1.6 本章小结 13
第2章 恒张力绞车液压系统研究 15
2.1 液压驱动系统 15
2.1.1 驱动系统方案的比较和选用 15
2.1.2 液压站的分析和研究 17
2.2 液压控制系统 18
2.2.1 恒张力绞车工作状态分析 18
2.2.2 液压控制系统工作原理 19
2.2.3 缆绳张力开环控制的研究 20
2.2.4 缆绳张力闭环控制的研究 22
2.2.5 绞车液压马达速度控制 22
2.3 本章小结 23
第3章 恒张力绞车控制模型的分析与建立 25
3.1 张力控制系统模型的建立 25
3.1.1 缆绳张力动态分析 25
3.1.2 液压回路压力分析 26
3.1.3 绞车收缆时张力控制模型 26
3.1.4 绞车放缆时的张力控制模型 29
3.2 液压马达速度控制模型的建立 30
3.2.1 液压马达动态特性 31
3.2.2 阀控马达系统方框图 32
3.2.3 阀控马达系统传递函数 33
3.3 本章小结 34
第4章 自动排缆机构 35
4.1 绞车排缆机构分类 35
4...
近年来，系留平台和水下机器人等类型的拖曳设备在高速、大行程方向具有较快的发展，而以吊塔为主的试验系统还停留在低速和短行程的技术水平，无法满足拖曳设备性能试验的要求。本文提出了采用恒张力液压绞车作为试验系统，通过控制缆绳张力模拟拖曳设备运行时的负载，满足多种不同拖曳设备性能检测试验的要求。本文对绞车液压系统、卷绕张力控制技术、电液比例控制技术和自动排缆机构进行了理论分析和实验仿真研究。
分析和研究绞车液压系统，采用电液比例阀控制马达进出油口压差，改变马达输出转矩，实现卷绕缆绳的张力控制。张力开环控制研究时，分析并解决马达机械效率和卷绕半径给控制系统带来的影响；张力闭环控制研究时，进行缆绳张力动态分析，建立缆绳释放和回收过程的张力控制模型。
自动排缆机构以光电编码器脉冲为反馈，PLC控制排缆机构的水平运动紧紧跟随卷筒旋转运动。缆绳直径变化时，排缆速度也会相应变化，具备变节距排缆的功能。排缆到达限位时，控制器分析缆绳缠绕的效果，解决卷筒边端缆绳塌陷的问题。
提出了伪微分控制算法，并应用到张力控制、马达转速控制和排缆系统控制中，根据参数设计方法，获得各个控制模型的控制参数。
搭建张力标定、马达转速控制和排缆机构试验平台，进行了一系列的试验，取得了较好的实验效果。试验结果表明，应用了伪微分反馈控制算法的液压马达速度控制具有响应速度快和抗干扰能力强等优点；自动排缆机构中排缆丝杠水平运动跟随卷筒的旋转，在缆绳直径改变时能够快速响应，实现变节距排缆；运用simulink对张力闭环控制进行仿真研究，验证了其响应速度快、超调量小、控制参数简单易调以及抗干扰能力强。
关键词：恒张力绞车 张力控制 自动排缆 伪微分控制
Abstract
In recent years, the towing equipments such as mooring platform and underwater vehicle, have developed fast in the direction of high speed and large travel, but the crane towers which used as pilot system mostly, is still in the low speed and short trip level. This paper puts forward the constant tension hydraulic winch as test system, the hydraulic winch should satisfy the requirements of many different tower equipments performance test, through controlling the tension of cable to analog towering equipments’ load. This paper has researched essentially both in theory and engineering.
In the research of the hydraulic system, electro-hydraulic proportional control methods are applied to modulate the pressure difference between the inlet and outlet of the hydraulic motor, control the export tension of the hydraulic motor, realize the cable tension control. Analysis and solve the influence of mechanical efficiency of the hydraulic motor and winding radius in open loop tension control. After the cable tension dynamic analysis, establish the tension control model in the cable release and recycling process.
Photoelectric encoder works as the feedback unit in self stowing mooring system, PLC control the horizontal movement of self stowing mooring to follow the rotation movement of the coiling block. The self stowing mooring system change the speed when the cable diameter is changed, and solve the cable sink when the limit switch is contacted.
This paper put forward the PDF control algorithm and applied it to the tension control, motor speed control and self stowing mooring system, then acquire the parameters of the control models, according to the parameter design method.
The experiments of open loop tension control, hydraulic motor speed control and self stowing mooring were designed, and tension close-loop control simulation model was applied, the results of the researches demonstrate, the hydraulic motor speed control system and tension close-loop control with PDF algorithm has easy parameter adjustment, excellent disturbance-handling, small overshoots, fast response and excellent disturbance-handling ability. The self stowing mooring system can response fast when the cable diameter was changed.
Key Words Constant tension winch; Tension control; Automatic row cable; Pseudo Derivative Feedback
目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.1.1 拖曳设备的应用现状 1
1.1.2 拖曳设备性能试验 2
1.1.3 拖曳设备试验系统 2
1.1.4 绞车的分类和选取 3
1.2 卷绕张力控制 4
1.3 张力检测装置 5
1.3.1 张力检测方法 6
1.3.2 张力检测装置工作原理 8
1.3.3 电桥测量电路 9
1.4 电液比例技术 10
1.5 论文的研究意义和内容 11
1.5.1 论文研究意义 11
1.5.2 论文研究内容 12
1.6 本章小结 13
第2章 恒张力绞车液压系统研究 15
2.1 液压驱动系统 15
2.1.1 驱动系统方案的比较和选用 15
2.1.2 液压站的分析和研究 17
2.2 液压控制系统 18
2.2.1 恒张力绞车工作状态分析 18
2.2.2 液压控制系统工作原理 19
2.2.3 缆绳张力开环控制的研究 20
2.2.4 缆绳张力闭环控制的研究 22
2.2.5 绞车液压马达速度控制 22
2.3 本章小结 23
第3章 恒张力绞车控制模型的分析与建立 25
3.1 张力控制系统模型的建立 25
3.1.1 缆绳张力动态分析 25
3.1.2 液压回路压力分析 26
3.1.3 绞车收缆时张力控制模型 26
3.1.4 绞车放缆时的张力控制模型 29
3.2 液压马达速度控制模型的建立 30
3.2.1 液压马达动态特性 31
3.2.2 阀控马达系统方框图 32
3.2.3 阀控马达系统传递函数 33
3.3 本章小结 34
第4章 自动排缆机构 35
4.1 绞车排缆机构分类 35
4...
