高速拖曳设备试验统的应用研究

江苏科技大学硕士学位论文论文题目高速拖曳设备试验统的应用研究研究方向机、电、液一体化学科、专业机械电子工程研究生姓名宋林导师姓名鄢华林填表时间2012年3月15日江苏科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。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。学位论文作者签名：宋林2012年3月15日江苏科技大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于：(1)保密□，在年解密后适用本授权书。(2)不保密□。学位论文作者签名：宋林指导教师签名：鄢华林2012年3月15日2012年3月15日摘要I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AbstractIIAbstractInrecentyears,thetowingequipmentssuchasmooringplatformandunderwatervehicle,havedevelopedfastinthedirectionofhighspeedandlargetravel,butthecranetowerswhichusedaspilotsystemmostly,isstillinthelowspeedandshorttriplevel.Thispaperputsforwardtheconstanttensionhydraulicwinchastestsystem,thehydraulicwinchshouldsatisfytherequirementsofmanydifferenttowerequipmentsperformancetest,throughcontrollingthetensionofcabletoanalogtoweringequipments’load.Thispaperhasresearchedessentiallybothintheoryandengineering.Intheresearchofthehydraulicsystem,electro-hydraulicproportionalcontrolmethodsareappliedtomodulatethepressuredifferencebetweentheinletandoutletofthehydraulicmotor,controltheexporttensionofthehydraulicmotor,realizethecabletensioncontrol.Analysisandsolvetheinfluenceofmechanicalefficiencyofthehydraulicmotorandwindingradiusinopenlooptensioncontrol.Afterthecabletensiondynamicanalysis,establishthetensioncontrolmodelinthecablereleaseandrecyclingprocess.Photoelectricencoderworksasthefeedbackunitinselfstowingmooringsystem,PLCcontrolthehorizontalmovementofselfstowingmooringtofollowtherotationmovementofthecoilingblock.Theselfstowingmooringsystemchangethespeedwhenthecablediameterischanged,andsolvethecablesinkwhenthelimitswitchiscontacted.ThispaperputforwardthePDFcontrolalgorithmandappliedittothetensioncontrol,motorspeedcontrolandselfstowingmooringsystem,thenacquiretheparametersofthecontrolmodels,accordingtotheparameterdesignmethod.Theexperimentsofopenlooptensioncontrol,hydraulicmotorspeedcontrolandselfstowingmooringweredesigned,andtensionclose-loopcontrolsimulationmodelwasapplied,theresultsoftheresearchesdemonstrate,thehydraulicmotorspeedcontrolsystemandtensionclose-loopcontrolwithPDFalgorithmhaseasyparameteradjustment,excellentdisturbance-handling,smallovershoots,fastresponseandexcellentdisturbance-handlingability.Theselfstowingmooringsystemcanresponsefastwhenthecablediameterwaschanged.KeyWordsConstanttensionwinch;Tensioncontrol;Automaticrowcable;PseudoDerivativeFeedback目录III目录摘要......................................................................................................................................IAbstract..................................................................................................................................II第1章绪论.........................................................................................................................11.1课题背景...................................................................................................................11.1.1拖曳设备的应用现状.....................................................................................11.1.2拖曳设备性能试验.........................................................................................21.1.3拖曳设备试验系统.........................................................................................21.1.4绞车的分类和选取.........................................................................................31.2卷绕张力控制...........................................................................................................41.3张力检测装置...........................................................................................................51.3.1张力检测方法.................................................................................................61.3.2张力检测装置工作原理.................................................................................81.3.3电桥测量电路.................................................................................................91.4电液比例技术.........................................................................................................101.5论文的研究意义和内容.........................................................................................111.5.1论文研究意义........................................................................................