水下大负载高精度液压绞车滑模控制研究
水下机器人控制中的自适应滑模控制算法研究
水下机器人控制中的自适应滑模控制算法研究随着人类科技的不断发展，水下机器人已经作为一种重要的研究和应用工具被广泛应用于海洋科学、资源勘探和海洋环境保护等领域。
在水下机器人的运动控制方面，自适应滑模控制算法已经成为研究热点之一。
本文将重点探究水下机器人控制中的自适应滑模控制算法，从理论与实践两个方面进行阐述。
一、自适应滑模控制算法原理自适应滑模控制算法是通过引入自适应控制补偿来提高传统滑模控制算法的控制精度和鲁棒性。
在水下机器人控制中，由于水下环境的复杂性以及水下机器人自身的特性，常规的PID控制算法难以满足要求，因此应用滑模控制算法可以更好地解决问题。
具体来说，自适应滑模控制算法可以通过引入自适应补偿来消除传统滑模控制算法中的固有偏差，在控制精度和鲁棒性上都有一定的提升。
二、自适应滑模控制算法的实践应用在水下机器人的控制应用中，自适应滑模控制算法已经有了一些实践应用，并取得了一些成效。
比如，在一些海洋勘探项目中，水下机器人需要沿着一定的轨迹进行探测，需要具有良好的运动控制能力。
采用自适应滑模控制算法可以更好满足控制要求，实现更加精确的控制。
此外，在一些海洋环境保护与资源管理项目中，水下机器人通常需要进行定位、跟踪和监测等多种任务，使用自适应滑模控制算法可以提高控制精度，使得水下机器人能够更好的完成任务。
三、自适应滑模控制算法存在的问题虽然自适应滑模控制算法在水下机器人中有一定的应用，但是仍然存在一些不足和问题。
首先，自适应滑模控制算法的应用需要考虑水下环境的复杂性和不确定性，因此控制策略需要合理选择，并需要进行充分的实验验证。
其次，在水下机器人控制中，由于水下环境的变化和机器人自身的干扰，传感器的读数往往不是非常准确，这就要求自适应滑模控制算法需要有一定的鲁棒性和抗干扰能力。
最后，自适应滑模控制算法的实施和应用需要涉及到控制硬件的实现，如何实现相应的算法并将其集成到水下机器人的控制系统中也是一个挑战。
面向海洋环境的绞车传动控制系统
压传动方案结合海洋用绞车的负载特点和工作要求，本 文提当该步在设定的时间内结束，则循环正常。而功能 块的输出；（WAN）F40.1为“1
”，为下一步执行元件作好准备。在设定时间内未结束 动作则作为故障，功能块的输出（FAUUF34.1为“1”。当 故障为*1*时，除屏幕报
警、显示故障外，还中断下一步动作，使机床循环停止。 全部程序使整个循环逐步执行下去，在完成程序循环的 同时，也逐步完成执行元件和转换条件
1海洋绞车的特点和要求海洋绞车的技术参数往往与陆用 绞车产品相似，似乎在技术上并无难度。实际上，海洋 绞车要经常在洋面上动荡不定的场合下
工作，受浪涌的作用，在一个二维空间里不停地晃动着 的状态下吊起（或投放）被吊物，海浪、海流、海风等 作用在被吊物上的附加力，使绞车负荷在
一次工作循环内都会发生很大范围的变化。海洋绞车的 设计应考虑其环境特点形成的特殊要求，主要有以下几 点：绞车转速由0到V域相反）能不间断
在被吊物需要放出（下落）时，可通过调节溢流阀5实现 过程的控制。首先将压力设置值调低，低于负荷值时， 被吊物就可下降，并能根据海面情况随
时调节被吊物的放出速度。将压力设置值逐渐提高，被 吊物的下落可减速乃至停止运动。继续升高压力设置值， 绞车就会重新正向转动，将钢缆收回，
提升被吊物。这一方法可获得理想的收放绳速度。利用 绞车牵引拖航时，牵引钢缆的负荷是变化的，绞车液压 系统的压力保持不变，绞车将自动产生收
连续变化，同时又要求功率损失不大表现为系统的温升 不出现过。绞车速度从零开始，微动、慢动到低速上升， 必须能连续地平缓变化，而且是可控的
，不得有抖动、爬行、突跳等现象。如被吊物是贵重的 海洋仪器，这一性能尤为重要。3）可实现张力保持恒定 及过载保护过载保护对于海洋绞车而言
水下运载器-机械手系统的任务优先级协调规划与自适应滑模轨迹跟踪控制
任务优先级协调规划实验结果
任务优先级划分
根据实验设定，对任务优先级进 行划分，包括运载器移动、机械 手操作等任务的优先级排序。
协调规划算法
应用协调规划算法，根据任务优 先级和实时环境信息，对运载器 和机械手进行协调控制。
实验结果分析
分析实验数据，评估协调规划算 法在不同任务优先级下的表现和 效果。
任务执行过程中的动态调整与优化
动态调整
优化控制
在任务执行过程中，根据系统状态和环境变 化，实时调整任务执行顺序、分配资源，以 适应新情况。
结合自适应滑模轨迹跟踪控制算法，对任务 执行过程进行优化控制，减小跟踪误差，提
高系统响应速度和稳定性。
04
自适应滑模轨迹跟踪控制
滑模控制基本原理
滑模控制是一种非线性控制方法，通 过设计适当的滑模面，使得系统状态 从起始点向滑模面收敛，并在滑模面 上实现滑动。
自适应滑模轨迹跟踪控制实验结果
控制算法设计
设计自适应滑模轨迹跟踪控制算法，根据运载器和机械手的运动状态和目标 轨迹，进行实时控制。
实验结果分析
在实验平台上进行轨迹跟踪控制实验，记录实验数据，并分析控制算法的准 确性和鲁棒性。
06
结论与展望
研究成果总结
提出了一种新的水下运载器-机械手系 统的任务优先级协调规划方法，实现 了对复杂任务的合理分配和调度。
《水下运载器-机械手系统 的任务优先级协调规划与 自适应滑模轨迹跟踪控制 》 2023-10-26
目录
• 引言 • 水下运载器-机械手系统概述 • 任务优先级协调规划 • 自适应滑模轨迹跟踪控制 • 实验验证与分析 • 结论与展望
01
引言
研究背景与意义
水下运载器与机械手系统的应用场景日益广泛，如海洋资源 开发、水下考古、军事等，因此对其任务协调规划与轨迹跟 踪控制的研究具有重要意义。
船用水文与地质调查绞车的液压控制与优化技术
船用水文与地质调查绞车的液压控制与优化技术船用水文与地质调查绞车是一种使用液压控制系统的重要设备，用于深海水下调查与研究。
液压控制系统是一种基于液体传力的技术，通过利用液体的流动和压力来实现机械运动，并能够提供较大的推力和驱动力。
本文将从液压控制与优化的角度，对船用水文与地质调查绞车的液压控制技术进行探讨。
首先，船用水文与地质调查绞车的液压控制技术需要具备稳定可靠的特点。
在海洋环境下，设备经常面临严峻的海浪、风浪和水流等恶劣条件，因此液压系统必须具备稳定的工作性能，以确保设备的正常运行。
为了实现这一目标，可以采用合适的液压元件和控制阀，以确保系统能够在不同的环境下保持稳定的工作状态。
其次，为了实现船用水文与地质调查绞车的液压控制，需要考虑系统的效率和能量的利用。
液压控制系统中的能量损失通常较大，因此需要设计高效的液压元件和流量控制装置，以确保系统能够以最低的能量消耗实现所需的工作效果。
同时，还可以采用能量回收装置和调速装置等技术手段，有效利用系统中的能量，提高系统的效率。
此外，船用水文与地质调查绞车的液压控制还需要考虑安全性和可靠性。
在航海、调查和研究工作中，设备的安全性非常重要，因为任何一次设备故障都可能造成严重的后果。
因此，在液压控制系统中，应该采用多重安全保护措施，如过载保护、液压缓冲装置和紧急停机装置等，以确保设备在紧急情况下能够安全停机。
最后，对船用水文与地质调查绞车的液压控制进行优化是必要的。
优化液压控制系统可以提高设备的性能和效率，降低能量消耗，并且减少系统的维护成本。
为了实现这一目标，可以通过合理调整液压元件的参数和控制系统的工作参数，以实现最佳的性能和效果。
同时，还可以采用先进的控制算法和智能化的控制器，以提高系统的自动化程度和控制精度。
在总结中，船用水文与地质调查绞车的液压控制与优化技术是一项关键技术，对于深海水下调查与研究具有重要意义。
通过稳定可靠、高效节能和安全可靠的控制系统，可以提高设备的性能和效率，实现对海洋资源和环境的科学研究和保护。
滑模控制在水下航行器横滚姿态控制中的应用研究
滑模控制在水下航行器横滚姿态控制中的应用研究I. 引言- 研究背景与意义- 国内外研究现状概述- 本文研究思路与方法II. 水下航行器横滚姿态控制基础知识- 横滚姿态控制的目标与方法- 水下航行器的基本原理与结构- 控制系统的建模与分析III. 滑模控制理论与算法原理- 滑模控制理论的基本概念- 滑模面的设计- 滑模控制器的设计与参数调整IV. 滑模控制在水下航行器横滚姿态控制中的应用- 水下航行器横滚姿态控制的设计- 利用滑模控制器进行姿态控制的仿真分析- 实验结果与分析V. 结论与展望- 研究成果总结- 存在的不足与未来改进方向- 滑模控制在水下航行器控制领域中的应用前景VI. 参考文献第一章节是引言部分，主要介绍了研究背景、国内外研究现状以及本文的研究思路与方法。
下面是对每一个小节的展开：一、研究背景与意义水下航行器是目前在水下探测、采样、监测等领域得到广泛应用的技术装备，它不仅能够实现水下工作，还具有探测范围广、工作深度大等优势。
然而，由于水下运动环境的复杂性和不确定性，当水下航行器受到外部干扰或自身存在不稳定因素时，控制系统可能会失去稳定性，因而导致水下航行器失控。
在这种情况下，如何实现水下航行器的动态姿态控制，成为了目前研究重点。
本文的研究目的是借助滑模控制理论，对水下航行器进行横滚姿态控制。
这种控制方法能够在不考虑系统模型和干扰的情况下，实现与被控对象的拥挤迫切转移。
因此，滑模控制方法不仅在控制系统的鲁棒性和控制精度方面有着优势，而且对水下航行器的姿态控制有着良好的应用前景。
二、国内外研究现状概述随着水下航行器的不断发展，对其控制方法的研究也日益深入。
在国内外的文献综述中，我们可以看到，大部分关于水下航行器控制方面的研究都是基于PID控制器来实现航行器的姿态控制，如引入动态PID控制算法实现水下航行器的运动控制、引入基于自适应PID控制器的水下任务完成策略等。
尽管能够实现一定的控制效果，但是在面临较为复杂的水下运动环境时，PID控制方法的控制精度和鲁棒性都存在一定的局限性。
船用水文与地质调查绞车的液压控制与优化技术分析
船用水文与地质调查绞车的液压控制与优化技术分析液压控制技术在船用水文与地质调查绞车系统中起着关键作用。
通过对液压控制系统的设计和优化，可以提高船用绞车的工作效率和可靠性。
本文将对船用水文与地质调查绞车的液压控制与优化技术进行详细的分析。
一、船用水文与地质调查绞车的工作原理船用水文与地质调查绞车是一种用于深海水文与地质调查的重要设备。
其主要工作原理是通过液压系统控制绞车的升降、旋转和拉扯等动作，实现对绞索或钢丝绳的放出和收回。
液压控制系统包括液压泵、执行器、阀门和管路等组成，通过信号传感器采集到的控制信号，驱动液压泵将压力转换为机械力，然后通过阀门和管路控制执行器的工作。
二、船用水文与地质调查绞车液压控制系统的优化1. 液压控制系统的参数优化液压控制系统的参数优化是提高船用绞车性能的关键。
首先，需要选择合适的液压泵和马达，使其工作压力和流量与绞车的要求匹配。
其次，需要对泵和马达的转速进行优化调整，以提高工作效率和降低能耗。
此外，还需对系统中的液压阀进行合理配置和调节，以达到最佳控制效果。
2. 液压控制系统的稳定性优化船用水文与地质调查绞车在工作过程中需要经受较大的载荷和变化的海洋环境条件。
为了确保系统的稳定性，需要采用合适的液压元件和控制策略。
例如，需要选择具有较高稳定性和可靠性的液压阀，并采用恰当的控制算法和逻辑，以提高系统的抗干扰能力和动态响应性。
3. 液压控制系统的节能优化节能是船用绞车设计中的重要考虑因素。
通过合理的液压控制策略和节能元件的应用，可以有效降低能耗并提高系统的效率。
例如，可以采用容积可调液压泵和马达，以在不同工况下自动调整流量和压力，避免多余能量的浪费。
此外，还可以通过采用液压缸的回收能量系统，将回馈能量重新利用，从而实现能量的再利用。
4. 液压控制系统的安全性优化船用绞车的安全性是固有设计要求中的重要一环。
液压控制系统需要满足可靠性和安全性要求，以保障船员和设备的安全。
例如，在系统设计中应考虑应急停机装置和过载保护装置的设置，通过传感器和控制器的作用，确保绞车在发生故障或超负荷情况下能及时停机或减少负荷。
船用绞车在水下地质调查中的应用与机构优化
船用绞车在水下地质调查中的应用与机构优化水下地质调查是船舶科考工作中重要的一部分，在海洋油气开发、海底资源勘探、海洋工程建设等领域具有重要的应用价值。
而船用绞车作为一种常见的船舶装备，在水下地质调查中发挥着重要的作用。
本文将重点探讨船用绞车在水下地质调查中的应用，并进行相关机构优化的讨论。
首先，船用绞车在水下地质调查中的应用是多样的。
它可以用来实施水下千分尺、岩石表面样品采集，调整设备重力等。
通过船用绞车的精准控制，科考人员可轻松操控绞车，使其上下、水平、旋转等动作得到准确的实现。
这些功能使得绞车能够在水下环境中实现简便高效的取样作业，有利于提高水下地质调查的效率和准确性。
其次，机构优化是确保船用绞车在水下地质调查中有效应用的重要因素。
一个高效稳定、可靠的机构设计，不仅能够提高绞车的工作效率，还可以降低操作难度和维护成本。
机构的优化需要考虑以下几个方面：首先，绞车的结构要合理可靠，能够适应水下地质调查的作业环境。
绞车本身需要具备较强的抗腐蚀性能，能够承受水下恶劣的条件。
同时，机构的设计需要考虑到水下工作的特点，如防水性能、防漏电等问题。
其次，绞车的控制系统要先进灵活，以满足实际调查工作的需求。
控制系统应具备高精度的操作控制能力，能够实现对绞车各项参数的准确控制，如速度、力矩、行程等。
此外，控制系统还应具备友好的用户界面，以便操作人员能够方便地控制和监控绞车的工作状态。
再次，绞车的能源供给要稳定可靠，以确保水下地质调查工作的顺利进行。
船用绞车通常采用电动或液压动力系统，这些能源系统需要具备高效的供给能力，以满足绞车快速运转的需求。
此外，能源系统的设计还应考虑到节能环保的要求，以减少对自然环境的影响。
最后，船用绞车在水下地质调查中的应用还需要考虑到安全因素。
绞车作为一种重要的船舶装备，其安全性至关重要。
因此，机构的优化还需要关注防护措施的完善，如紧急停止装置、防爆措施等，以确保绞车的安全运行。
综上所述，船用绞车在水下地质调查中发挥着重要的作用。
基于滑模控制的水下机器人导航研究
基于滑模控制的水下机器人导航研究一、水下机器人导航技术概述水下机器人，也称为无人潜水器(UUV)，是一类能够在水下自主或遥控操作的机器人系统。
随着海洋资源开发、海洋科学研究、水下工程检测等领域需求的不断增长，水下机器人技术得到了迅速发展。
导航技术作为水下机器人的关键技术之一，直接影响着其执行任务的效率和安全性。
1.1 水下机器人导航技术的核心特性水下机器人导航技术的核心特性包括精确性、鲁棒性、自适应性和智能化。
精确性是指导航系统能够提供准确的定位信息，确保水下机器人在复杂的水下环境中准确到达预定位置。
鲁棒性是指导航系统能够在面对水下环境变化、传感器故障等不确定因素时，仍能保持稳定的导航性能。
自适应性是指导航系统能够根据环境变化和任务需求，自动调整导航策略。
智能化是指导航系统能够进行自主决策，实现复杂任务的自主导航。
1.2 水下机器人导航技术的应用场景水下机器人导航技术的应用场景非常广泛，包括但不限于以下几个方面：- 海底地形测绘：通过精确导航，水下机器人能够绘制海底地形图，为海洋地质研究提供基础数据。
- 海洋资源勘探：水下机器人能够导航至特定区域进行资源勘探，如油气、矿产等。
- 水下结构检测：水下机器人能够导航至水下结构物，如桥梁、管道等，进行检测和维护。
- 水下搜救：在发生海难等紧急情况时，水下机器人能够导航至失事区域进行搜救。
二、基于滑模控制的水下机器人导航研究滑模控制(Sliding Mode Control, SMC)是一种非线性控制策略，以其强鲁棒性和快速响应特性，在水下机器人导航系统中得到了广泛应用。
2.1 滑模控制的基本原理滑模控制的基本原理是设计一个滑动面，当系统状态在滑动面上时，系统表现出期望的动态特性。
通过设计适当的控制律，使得系统状态能够达到并保持在滑动面上，从而实现对系统的有效控制。
滑模控制具有对参数变化和外部干扰不敏感的特点，因此在水下机器人导航中具有很好的应用前景。
2.2 滑模控制在水下机器人导航中的应用在水下机器人导航中，滑模控制可以应用于路径跟踪、避障、姿态控制等多个方面。
调车绞车在海洋工程和海底管道施工中的应用与工程管理
调车绞车在海洋工程和海底管道施工中的应用与工程管理引言：海洋工程和海底管道施工是现代海洋工程领域中重要的工作内容，对于能源、通信、交通等方面的发展起到了关键作用。
在这两个领域中，调车绞车是一种重要的装备，其应用广泛且效果显著。
本文将深入研究调车绞车在海洋工程和海底管道施工中的应用与工程管理，以期为相关领域提供指导和借鉴。
一、调车绞车在海洋工程中的应用1. 提升设备与材料：调车绞车的主要功能之一是提升设备和材料，用于海洋平台的建设和维护。
调车绞车的高承载能力和精确控制的特点，确保了设备和材料在海洋环境中的安全运输和安装。
2. 深海作业：随着海洋工程的不断发展，越来越多的工作需要在深海环境中进行。
调车绞车通过其强大的动力系统和稳定的控制系统，能够在水深数百米乃至千米的海域中进行作业，扩大了海洋工程的边界。
3. 潜水器运输与维护：潜水器在海洋工程中的作用不可忽视，而调车绞车则是潜水器运输和维护的重要工具。
通过合理设置调车绞车的位置和参数，能够高效地将潜水器从水下提升到甲板，同时实现对潜水器的维护和修理。
二、调车绞车在海底管道施工中的应用1. 管道敷设：调车绞车在海底管道敷设过程中起到关键作用。
其高度稳定的现场操作与无人作业的特点，保证了海底管道的精确敷设。
调车绞车还可以配备相应的辅助设备，如滑车、卷扬机等，以满足不同施工环境下的需求。
2. 管道维护与修复：海底管道的维护和修复是保证其运行正常的关键环节。
调车绞车可以实施包括冲锚、固定、挂载等多种作业任务，对海底管道进行常规维护和紧急修复。
同时，调车绞车还可配备各类监测仪器，用于实时监测管道的工作状态。
三、调车绞车在海洋工程和海底管道施工中的工程管理1. 设备选型和配置：鉴于不同的施工环境和作业需求，正确选择和配置调车绞车设备至关重要。
工程管理者应全面考虑工程特点，包括海域条件、作业难度、设备性能等，以科学合理的方式进行设备选型和配备。
2. 人员培训与安全管理：调车绞车作为重要的工程装备，对操作人员的技术水平和安全意识要求较高。
船用水文与地质调查绞车的动态特性与控制研究
船用水文与地质调查绞车的动态特性与控制研究1.引言船用水文与地质调查是海洋工程中的重要环节。
为了有效地完成水文与地质调查任务，船舶上的绞车系统起着关键的作用。
绞车是一种用来操作海洋调查仪器、采集数据以及提取样本的设备。
本文将探讨船用水文与地质调查绞车的动态特性与控制方法，为改进水文与地质调查工作提供参考。
2.绞车的工作原理与结构船用水文与地质调查绞车是基于电动机驱动的机电一体化设备。
典型的绞车结构包括电机、减速器、离合器、制动器、绞车鼓、绞车钢丝绳、控制系统等。
绞车通过控制系统控制绞车鼓的旋转，调节钢丝绳的长度以达到需要的采集深度。
3.动态特性分析3.1 绞车负载特性在水文与地质调查任务中，绞车的负载往往是非常重要的。
根据调查任务的需要，负载大小与变化具有不同的特性。
在进行岩石样本采集时，绞车负载会突变且较大，而在数据采集时，绞车负载变化相对较小。
了解负载特性对绞车动态特性的研究和控制具有重要意义。
3.2 绞车运动特性绞车的运动特性直接影响水文与地质调查任务的准确性与效率。
在实际工作中，起重高度、速度、加速度等参数是绞车运动特性的关键指标。
通过合理地选择控制策略和设计参数，可以使绞车运动特性达到需求，并满足调查任务的要求。
4.绞车控制方法研究4.1 传统PID控制方法传统的PID控制方法是绞车控制中最常用的方法之一。
PID控制器通过对绞车速度、位置和力矩等参数的反馈，利用比例、积分和微分控制来调节绞车鼓旋转、绳长的变化以及绞车负载的变化。
传统PID控制方法简化了控制系统的设计，并具有较强的鲁棒性。
4.2 模糊控制方法模糊控制是一种针对非线性系统的控制方法。
船用水文与地质调查绞车系统具有较强的非线性特性，例如负载突变、控制参数的不确定性等。
模糊控制通过建立模糊规则来实现对绞车系统的控制，可以更好地适应非线性特性，提高系统的控制精度和稳定性。
4.3 自适应控制方法自适应控制是一种通过对系统的模型进行在线辨识，并根据模型参数的变化调整控制策略的方法。
水下作业培训用绞车模拟控制系统设计
水下作业培训用绞车模拟控制系统设计邢传胜;苏锋;付剑波;段梦兰;侯莉【摘要】The traditional winch training during the process of underwater operation required a lot of equipment,energy and raw materials,and the training cost is very high but the effect is not ide-al.A simulative winch control system for subsea operation and training is designed.The system can simulate the winch’s routine operation of lifting and lowering to simulate the acquisition of the speed,tension,depth and other parameters during the decentralization process,simulate the system functions,such as emergency braking,system parameters setting,alarm etc.The simulative system can be widely applied to the skill training and assessment of the winch operator,shorten-ing the training cycle,improving the training quality and efficiency,and reducing security risks and training cost.%传统水下作业过程中的绞车工种培训需投入大量设备、能源及原材料，培训考核成本高，效果不理想。
基于伺服电机的海洋绞车控制系统设计
第08卷 第5期 中 国 水 运 Vol.8 No.5 2008年 5月 China Water Transport May 2008收稿日期：2008-03-25作者简介：周晓明（1975-），男，中船重工第七一○研究所，工程师，研究方向：计算机控制系统专业。
基于伺服电机的海洋绞车控制系统设计周晓明，裴华刚（中船重工第七一○研究所，湖北 宜昌 443003）摘 要：本文结合海洋绞车的特点，提出了一种电动绞车的控制方案。
该方案采用ARM 控制核心，以交流伺服系统作为驱动单元，实现对海洋绞车全自动控制。
该控制系统具有运转精度高，稳定性好、机械和电气结构简单等优点，满足海洋绞车特殊环境条件下的安全可靠运行。
关键词：绞车；ARM；控制系统；交流伺服中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2008）05-0132-03一、引言海洋绞车的技术参数往往与陆用绞车产品相似，似乎在技术上并无难度。
实际上，海洋船用绞车要经常在洋面上动荡不定的场合下工作，受浪涌的作用，在一个三维空间里不停地晃动着的状态下吊起（或投放）被吊物，海浪、海流、海风等作用在被吊物上的附加力，使绞车负荷在一次工作循环内就会发生很大范围的变化。
目前，海洋船用绞车大多采用交流绕线式异步电动机转子串电阻的调速或液压驱动方案，控制性能较差，体积较大，结构复杂、效率低，维护量大，占地空间大，噪声大，远不能满足安全生产规程的要求。
采用嵌入式计算机进行绞车的智能控制，以大功率、高精度、高响应速度的同步交流伺服系统进行数字控制可以实现绞车平滑的无级调速，满足绞车满载、空载或轻载起动与稳定运行，其控制精度高、控制灵敏、起动电流对电源的冲击小。
该控制系统配置遥控器可实现手动或远程控制。
二、系统总体设计整个绞车由绞车本体、减速机构、排缆器、机架和绞车控制系统组成，如图1所示。
图1 绞车结构组成框图其中船用绞车控制系统由嵌入式控制计算机（ARM 嵌入式计算机＋液晶平板显示器＋专用键盘）、电机驱动控制、信号检测单元、供电单元等组成，该控制系统装在机架上的控制操作台上，在操控台上配备移动式遥控器。
水下机械手液压控制系统的设计与研究的开题报告
水下机械手液压控制系统的设计与研究的开题报告一、选题背景及意义随着海洋资源的日益短缺和人类对深海探索的需求不断增加，水下机械手作为水下操作中不可或缺的重要工具，其应用领域也不断拓展。
水下机械手具有承受深海高压、耐腐蚀、灵活可控等特点，广泛用于海洋石油勘探、深海采矿和水下维修等领域。
水下机械手液压控制系统是实现水下机械手灵活控制的重要组成部分。
目前，国内水下机械手液压控制系统的研究还比较薄弱，尤其是在深海环境下的应用研究相对较少，因此对于水下机械手液压控制系统的研究具有很大的理论与实践意义。
本课题将对水下机械手液压控制系统进行深入研究，探索深海环境下液压控制系统的设计、优化和应用，为水下机械手的研发与应用提供一定的技术支持。
二、研究内容与技术路线本课题将主要开展以下研究内容：1、水下机械手液压控制系统的组成与结构分析。
2、深海环境下水下机械手液压控制系统的设计优化。
3、深海环境下水下机械手液压控制系统的动力学建模与仿真分析。
4、系统控制策略的设计与实现。
本课题的技术路线主要包括以下几个方面：1、通过文献调研和现有技术研究，了解水下机械手液压控制系统的基本结构与组成，分析其技术特点及应用范围。
2、深入研究液压控制系统的工作原理、系统组成、液压传动原理，了解现有系统的优缺点和发展趋势。
3、以某一型号水下机械手为研究对象，结合深海环境的特点和工作要求，设计优化其液压控制系统的结构、元器件的选型等。
4、建立液压控制系统动力学模型，进行仿真分析，验证设计结果的合理性和可行性。
5、根据研究结果，制定出有效的控制策略，并进行控制系统的实现与测试。
三、预期研究结果本课题的主要预期研究结果如下：1、深入研究水下机械手液压控制系统的设计原理，为提高系统的稳定性和可靠性提供理论基础。
2、研究深海环境下水下机械手液压控制系统的设计和优化方法，提高系统适应深海环境的能力和稳定性。
3、建立液压控制系统动力学模型，仿真分析系统运行过程，提高系统设计的准确性和可靠性。
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例阀 ａ 端通 电时， ｘ油路压力油进入 ａ 油路 ， ｘ 在此油 压作 用下 ， 主换 向阀工作 在左位 ， Ｐ与 Ｂ通 、 Ａ与 Ｔ通 ；
图 １ 水 下 试 验 平 台 结 构 示 意 图
收稿 日期 ： １￣１１ ２ ２ — ０ ０
基 金 项 目 ： 家 自然科 学 基 金 （ １７ ０ １ 国 ５０９６ ）
主油路 切换 系统 主要 由电比例减 压 阀和液 控换 向 阀组 成 ， 服泵 提供控 制油 路 ， 伺 主泵提 供 主油路 。
主油路 切换 系统 控制 原理 图如 图 ３所 示 。 主油路 通道 为 Ｐ Ｔ Ａ、 道 ， 、 、 Ｂ通 Ｐ油路 接 自主泵 ， Ｔ
重力锚 相 连接 ， 成 张 力 腿定 位 平 台。平 台定 深调 平 形 过程 中 ， 据相关 传感 器 的返 回值 进行 运动 学反 解 ， 根 对 张 紧绞车 进行相 对 位置 伺 服 控 制 ， 台垂 直 度 达 到要 平 求后 ， 紧锚泊 绞车 钢缆 ， 收 提供水 平 预紧力抵 抗水 下 流
． ． －
Ｏ６ ． Ｏ８ ． １ ． ０
２
一 一
Ｏ６ ． Ｏ８ ． １０ ． ０ １ ２ ３ ５ ６ ８ ０ ４ ７ ９ １
＋
Ｏ １ ２ ３ ５ ６ ８ ９ ０ ４ ７ ｌ
时间
时间
ｂ １
选 取滑模 切换 函数 为 ］ ：
Ａ， 由于锚 的重力 方 向跟 马 达 的转 动方 向一 致 ， 容易 很 出现 超越负 载 ， 引起 超 速 现象 。液 控 平 衡 阀 ３中 的节 流 口能够根 据 负载 的变 化 自动调 节 开 口大小 ， 当超 越 负载 变大 时 ， 油 压 降 低 ， Ｂ路 平衡 阀 节 流 口 自动 减 小 ，
比 ； ： ＋Ｃ 为总 的流量 一压力 系数 ， Ｉ ／ ） Ｐ 。 （ ｌ ｓ ／ ａ ｌ
４ 滑模 控制 器设计
将开环传递函数式 （ ） ４ 转化为 以 ｅ ＝ｒ Ｙ ｅ ＝ — ，
ｅ ， ＝ｅ 为状 态变量 的状 态方 程为 ： ｅ ：
ｒｅｌ ＝ ｅ２
Ａ路背压升高 以平衡变大 的超越负载 ， 有效地抑制了 超速 现象 的发 生 。单 向顺 序 阀的压力设 定 值也 可 以给 Ａ路 油压 提供 一定 的背 压 ， ： 压 不致 太 高 损 坏 液 保 沪背
１绞车 ． ２ 马达 ． ３ 液控平衡阀 ． ４ 单 向顺序 阀 ． ５１． 、７ 减压 阀
图 ３ 主油 路 换 向控 制原 理 图
和负载（ 折算到马达轴上 ） 的总惯量，ｇ・ Ｉ 曰 ｋ １ ； 为负 Ｔ 载 和液压 马达 的粘性 阻 尼系数 ／ ｍ ｓ ； Ｎ （ ／ ） Ｇ为负 载 的 扭转弹簧刚度 ， ／ａ ；Ｌ ｍ ｒ Ｔ 为作用于马达 的任意外负载 ｄ 力矩 ， ・ ｌ】Ｊ Ｎ ｎ＿２。 ｌ
２ ２ 负载平衡 回路 ．
如 图 ４所示 ， 确保 马达平 稳运 转 ， 置液 压平衡 为 设 回路 ， 主 要 液 压 元 件 为 单 向顺 序 阀 ４和 液 控 平 衡 其 阀 ３ 。
ｑ ￣ —— ㈩ — —＿ ｘ １盘 — ｖ —
＿
Ｄ
—
（
∞
十
Ｉ ｌ
＋１ ）
、
液压 主油路 由主 泵供油 ， 制油路 由伺 服泵 供油 ， 控
系统原 理 图如 图 ２所示 。
２ １ 主 油路 换 向 原 理 ．
Ａ 四点布 置有 四 台张 紧绞 车 ， Ｐ 、 ，Ｐ 四个 点 Ｐ 、 Ｐ 、
布置有 四台锚泊 绞 车 ， 下 绞 车 通 过柔 性 钢 缆 与 四个 水
（１ ２ ｅ ｃ 一ａ ） ２＋（２一ａ ）３—６ ／ ｃ １ｅ Ｍ＋ （） ９
６ 总 结
＝一ｓ ｇ （ ）一ｋ ｓｎ Ｓ ｓ 可 以得 出
本 文讨论 了水下 张力腿试 验 平 台的驱 动液压 绞 车
工 作原 理 ， 向液 压位 置伺 服系统 ， 面 设计 了滑模变 结构 “＝ ［ｃｅ ｋ１１＋（１ ｃ ｃ ＋ ２一ａ）２ ２ｅ 控制器 ， 真结果 表 明 ， 传统 ＰＤ控 制 系 统相 比 ， 仿 与 Ｉ 其 （０ １）
Ｓ＝Ｃｅ １ｌ＋ｃ ２＋ｅ ２ ｅ ３ 则：
Ｓ ＝ Ｃ１ １ ＋ Ｃ ｅ ＋ ｅ ： Ｃ１ ｅ ２２ ｓ ｅ１ ＋ Ｃ ｅ２ ２
ａ１
（） ６
＋［ ２２—０ ｅ 一ａｅ １３—６ 门 ｕ＋
＝
（１一ａ ）２＋（ ２一ａ ） ３ ＋厂 （ ） ｃ ２ｅ ｃ １ｅ —６ － ７
将钢 缆看 作 刚 体 ， 有 弹 性 负 载 ， Ｇ＝０ 由 式 没 即 ， （ ） （ ） （ ）液 压 马达位 置伺 服系统 的传递 函数为 ： １ 、２ 、３
Ｋ
当电 比例 阀 ｂ端 通 电时 ， 油路 压 力 油进 入 ｂ ｘ ｙ油路 ，
主换 向阀工作在右位， Ａ通 、 Ｐ与 Ｂ与 Ｔ 。主换 向阀 通 带 手动操 作装 置 ， 要时也 可 以手动 操控换 向。 必
的影 响 。
接油 箱 ， Ｂ接 至 液 压 马 达 两端 ， Ａ、 比例 减 压 阀 油 路 由 伺服 泵供 油 ， ｘ为 控 制 油路 进 油 路 ， 自伺 服 泵 ， 接 Ｙ为 控制 油路 回油 路 ， 回油 箱 。 当 电 比例 阀 ａ ｂ均 断 电 接 、 时 ，ｘａ ａ、ｙ液控 油路 均 接 至 同一 油路 Ｙ， 主换 向 阀两 端 油压 相 同 ， 作 在 中位 ， 时 ， Ｂ 与油 箱 相 连 ， 压 工 此 Ａ、 液 马达 没有 转动 ， 实现 自锁 ， 车 停 在 当前 位 置 ； 电 比 绞 当
Ｚ ＥＮＧ ｈｉｌｎ Ｚ —ｉ ，ＸＵ ｏ ｈ ，ＺＨＡＯ ｎ Ｇｕ — ｕａ Ｙｉ ，ＸＵ ｎｇ Ｂｉ
（．华 中科技大学 船舶与海洋工程学院 ， １ 湖北 武汉
４０７ ２ ３ ０４；．武汉船用机械有限责任公 司 ， 湖北 武汉
４０７ ） ３ ０４
摘
要 ： 文针 对一种 新型 的液 压伺 服 精 确 定位 的 张 力腿 水 下 试 验 平 台 ， 该 分析 了其 液 压 绞 车 的工 作 原
ｍ（ １ ／ｓ
＝
Ｂ Ｔ ｕ ， ｒＩ．
一
假设 系统 的外 负载力 矩扰 动信 号 为 白噪声 ， 图
液 压 阴尼
５ 、ｂ分 别为 ＰＤ、 模 控制 （ ＭＣ） 波 响应 曲线 ， ａ５ Ｉ 滑 Ｓ 方 图
５ 、ｄ分 别 为 ＰＤ、 ＭＣ正 弦 响 应 曲 线 。 由 图 可 见 ， ｃ５ Ｉ Ｓ ＰＤ响应 速度 慢 ， 在稳 态 误 差 及 抖 动 ， Ｓ Ｉ 存 而 ＭＣ响 应 速度 很快 ， 稳态 误差很 小 ， 受干 扰影 响小 。说 明滑模 控
压元 件 。
６ 电磁阀 ．
７ 刹车装置 ．
８ 电比例减压 阀 ． １． ７ 主泵、 电机
９ 液控换向阀 ．
３ 液 压位 置伺 服 系统 模型
１ ０～ｌ ． ３ 溢流阀 １ ． ４ 三通压力补偿器 １． ６ 伺服泵电磁卸荷阀 １． ９ 过滤器
ｌ． ５ 主泵电磁卸荷 阀 １． ８ 伺服泵 、 电机
绞车工作在收缆工况时， 液压油流动方向为 Ａ
Ｂ， 时单 向溢 流 阀和 液 控 平 衡 阀相 当于 单 向 阀 自然 此 开启 ； 绞车工 作在放 缆工 况 时 ， 液压 油 流动 方 向为 Ｂ —
式， 攒 为压 的压有 中 液马 液固 达
２ ０
液 压 与 气动
２１ ０ ２年 第 ７期
＊ ＊
曾志林 徐 国华 赵 ， ，
寅 徐 ，
兵。
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ａ ｇ ｏ ｄ ａ ｄ Ｈｉｈ— ｒ ｃ ｓｏ ｄ ｒ ｔ ｒ ｓ ａ ｃ ｆＬ ｒ ｅ Ｌ ａ ｎ ｇ ｐ ｅ ｉｉ ｎ Ｕｎ ｅ ｗａ ｅ Ｈｙ ｒ ｕ ｉ ｉ ｃ ｔ ｌ ｉ ｇ Ｍｏ ｅ Ｃｏ ｔｏ ｄ ａ ｌ Ｗ ｎ ｈ ｗｉ Ｓ ｉ ｎ ｄ ｎ ｒ ｌ ｃ ｈ ｄ
２ 水 下 液压 绞车 系统原 理 液压 系统 采用 定量 泵配定 量 马达并 采用 电控手 柄
作 者 简介 ： 志林 （９ ５ ） 男 ， 苏盐 城 人 ， 士研 究 曾 １８ 一 ， 江 博 生， 研究方向 ： 水下机器人智能控制技术研究 。
２１ ０ ２年第 ７期
液压与 气动
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制对 外部 干扰 具有很 好 的鲁棒 性 。能够满 足 最终水 下 试验 平 台的定 位要求 。
｛ ｅ ３ பைடு நூலகம்＝ｅ
Ｌ ３ ＝ 一 ａ２ ２ 一 ａ１３ — ６ ＋ ｅ ｅ ｅ “ 厂
．
（） ５
１０ ．
一
】
一
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１Ｏ ．
一
ｒ
—
８ ： ２
Ｓ
式 中 ： 。 ＝２
， ， ｑ 口＝ ６＝Ｋ ２
中图分 类号 ：Ｈ１７ 文献标 志 码 ： 文章 编 号 ：０ ０ ５ （０ ２）７Ｉ １ －３ Ｔ ３ Ｂ １ ０ ４８ ８ ２ １ ０ ．Ｏ ８Ｉ ） ）
１ 水 下平 台定位 方式
驱 动 电 比例减 压 阀 ， 比例 减压 油 控 制 主 换 向 阀 实现 由 液 压 马达 的正 、 向旋 转从 而实现 平 台的升 降 。 反 考 虑在 本水下 试 验 平 台应 用 中 ， 车 的 控 制要 求 绞 慢 而准 ， 以选用低 速 大转矩 液压 马达 ， 所 由于工作 负 载
阀 的线 性 化流量方 程
Ｑ Ｌ＝Ｋ Ｘ 。 ～Ｋ ｐ ｏＬ 液压 马达 流量方 程
Ｑ ＝Ｄ ｓ ＋（ “ Ｏ Ｃ ｎ＋ ）Ｌ ｐ （） ２
２． ０ 油箱
（） １
图 ２ 液 压 绞 车 原 理 图
力矩 平衡 方程
＝
Ｄｌ Ｌ＝ （ ｒ Ｉ ｐ
＋Ｂ Ｓ＋Ｇ ＋ ）