检索结果-南通市图书馆

作者：赵艳龙天津大学

学位级别：硕士

深海剖面浮标作为一种水下探测机器人,在海洋资源勘探以及海洋环境和气候的预测方面具有重要作用。深海剖面浮标相较于其他水下机器人具有长续航能力和低成本的优势。浮力驱动系统是剖面浮标沉浮运动的驱动装置,为了提高剖面浮标的续航... 详细信息

深海剖面浮标作为一种水下探测机器人,在海洋资源勘探以及海洋环境和气候的预测方面具有重要作用。深海剖面浮标相较于其他水下机器人具有长续航能力和低成本的优势。浮力驱动系统是剖面浮标沉浮运动的驱动装置,为了提高剖面浮标的续航能力和稳定性,本文设计和优化了浮力驱动系统。本文以深海剖面浮标为研究对象,根据其性能指标要求,设计了浮力驱动系统,计算了浮力驱动系统所需的总调节油量,并对液压系统在工作过程中的温升进行了验算。依据柱塞泵进油口压力与液压油饱和蒸汽压的关系,建立了进油口压力的数学模型。当柱塞泵进油口压力低于液压油饱和蒸汽压时,容易引发气穴现象,从而使柱塞泵的容积效率降低。为了提高柱塞泵容积效率,同时满足在海水表面外油囊中的液压油可以流回至内油缸的要求,分析了压载舱真空度、吸油路管径和弹簧刚度等参数对柱塞泵进油口压力的影响,分别计算了它们的取值范围。其次,根据剖面浮标中液压系统的工作原理,利用AMESim中液压库、机械库、信号库和HCD库等建立了浮力调节系统的仿真模型,对内油缸、电机和柱塞泵进行了HCD建模,使仿真结果更加接近试验结果。依据实际参数设置仿真模型的参数,同时依据计算结果,利用批运行模拟分析不同参数下液压系统排油过程和回油过程中流量和压力的变化。同时,利用AMESim建立寻优模型,采用NLPQL算法进行寻优,通过设置变量的初值和取值范围,使目标函数达到最小,探索使浮力驱动系统效率达到最高的最优解。最后,通过搭建往复循环打压系统,测试了液压系统的可靠性。将试验数据与仿真结果对比,验证了仿真模型参数设置的合理性,为进一步优化浮力驱动系统奠定基础。本文研究内容节约了设计时间,降低了设计成本,提高了浮力驱动系统的排油效率,增强了剖面浮标的续航能力。

关键词：深海自持式剖面浮标浮力驱动系统柱塞泵容积效率 AMESim仿真模型

基于自抗扰控制技术的深海自持式剖面浮标定深控制研究

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基于自抗扰控制技术的深海自持式剖面浮标定深控制研究

作者：张博伟天津大学

学位级别：硕士

随着科技进步与社会发展,占全球面积71%并蕴含丰富矿产资源和生物资源的海洋成为世界各界关注的焦点。用海必先探海,2000米内探海设备已然发展成熟,4000米内深海探测设备成为研发热点。深海自持式剖面浮标可自主进行剖面观测,是构建海... 详细信息

随着科技进步与社会发展,占全球面积71%并蕴含丰富矿产资源和生物资源的海洋成为世界各界关注的焦点。用海必先探海,2000米内探海设备已然发展成熟,4000米内深海探测设备成为研发热点。深海自持式剖面浮标可自主进行剖面观测,是构建海洋立体观测网络的重要节点。观测深度可达4000米的深海自持式剖面浮标的研究对进一步推进“关心海洋,认识海洋,经略海洋”战略具有重要意义。本文以深海自持式剖面浮标为研究对象,解决了其定深控制过程中遇到的关键技术问题。首先,根据深海自持式剖面浮标浮力调节机构和浮标的整体结构,分析其工作过程,对下潜状态做运动学分析。充分考虑在不同下潜深度下海水密度变化对深海自持式剖面浮标所受到浮力的影响,对下潜深度与海水密度关系进行了研究,在此基础上构建了深海自持式剖面浮标运动模型。其次,针对所构建深海自持式剖面浮标运动模型,构建PID控制器以实现其定深控制。给出了PID控制系统结构,分析了PID控制的优点与缺陷。针对PID控制器的缺陷,引入自抗扰控制思想,构建自抗扰定深控制系统。基于分离性原理在Simulink软件中对系统核心模块进行仿真实验,分析了自抗扰控制器参数调节规律。通过单目标与多目标深度定深控制实验验证了自抗扰控制技术对深海自持式剖面浮标系统的内部不确定性的和外界干扰有很好的抑制效果,提高了系统的定深控制精度。最后,设计高压环境模拟台与深海自持式剖面浮标工程样机组成半实物仿真平台。通过半实物仿真平台对所设计定深控制系统进行了单目标深度定深跟踪实验与多目标定深实验。实验证明,该控制系统具有良好的定深跟踪能力。本文所提出的深海自持式剖面浮标定深控制最大下潜深度4031.4米,控制精度(?)31米,本文所设计的自抗扰控制器能够实现较高的控制精度,且具有较强的抗干扰能力。

关键词：深海自持式剖面浮标运动模型 ADRC 定深控制

大洋4000米自持式剖面浮标标体设计及动力学研究

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大洋4000米自持式剖面浮标标体设计及动力学研究

作者：李鲁彦天津大学

学位级别：硕士

深海自持式剖面浮标(Deep Sea Autonomous Profile Buoy,DSAPB)是一种利用浮力驱动的海洋观测设备,它作为一种重要的海洋观测载体平台对于未来天气的预测、全球变暖趋势的预测具有重要的科学意义。它兼具体积小、续航能力强、成本低等优... 详细信息

深海自持式剖面浮标(Deep Sea Autonomous Profile Buoy,DSAPB)是一种利用浮力驱动的海洋观测设备,它作为一种重要的海洋观测载体平台对于未来天气的预测、全球变暖趋势的预测具有重要的科学意义。它兼具体积小、续航能力强、成本低等优点,其稳定运行周期一般在2-3年。然而海洋环境极其恶劣,为保证深海自持式剖面浮标尽可能的延长使用寿命,降低故障率,必须保证浮标结构设计具有良好的科学性以及良好的水动力性能。为提高深海自持式剖面浮标的稳定性,延长其正常工作时间,本文针对深海自持式剖面浮标标体设计及动力学性能分析进行了如下研究:首先,从浮标总体机械结构入手进行相关设计以及分析。相关设计按照“总体-局部”来完成深海自持式剖面浮标的整机结构布局。在经过严格的相关参数设计计算和仿真分析后,根据总体功能要求设计满足需要的各个分系统模块,最后完成整机的集成工作,达到深海自持式剖面浮标系统设计及功能要求,并根据锚系浮标相关设计理论对浮标进行了稳性、固有频率等的相关校核计算。其次,采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics)方法对深海自持式剖面浮标进行了分析和优化设计。详细分析了浮标上浮下潜过程周围流场特性,给出了深海自持式剖面浮标水下运动阻力随速度变化的关系,为浮标进一步优化提供了理论依据。最后,建立了深海自持式剖面浮标的动力学模型,并采用计算流体力学方法获取了表征深海自持式剖面浮标的水动力参数,并且把海水密度变化引起的浮力变化引入动力学模型得到了深海自持式剖面浮标的数学模型,为深海自持式剖面浮标的定深控制提供了理论基础。

关键词：深海自持式剖面浮标计算流体力学流阻特性动力学模型

深海剖面浮标结构与控制系统设计和定深控制策略研究

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深海剖面浮标结构与控制系统设计和定深控制策略研究

作者：张惠琳天津大学

学位级别：硕士

海洋占地球表面积的70%以上,蕴藏着各类资源。海洋立体监测系统是人类了解海洋、探索海洋、监测海洋的有效途经,对于合理开发与利用海洋,加快海洋科学研究,预防海洋自然灾害具有极其重要的意义。深海自持式剖面浮标作为海洋立体观测系... 详细信息

海洋占地球表面积的70%以上,蕴藏着各类资源。海洋立体监测系统是人类了解海洋、探索海洋、监测海洋的有效途经,对于合理开发与利用海洋,加快海洋科学研究,预防海洋自然灾害具有极其重要的意义。深海自持式剖面浮标作为海洋立体观测系统的重要组成部分,可以在各种环境条件下实现全天的自动监测,使全球海洋水下连续、长期观测成为了可能。自中国加入全球“Argo计划”以来,我国自持式剖面浮标技术得到不断发展,但与国外的技术相比还存在很大的差距,这种差距主要体现在下潜深度不够,运行的剖面数较少及定深控制技术缺乏等方面。因此,本文针对自持式剖面浮标的结构与控制系统和定深控制策略进行了研究,主要工作内容如下:首先,设计了深海4000米自持式剖面浮标的机械结构和控制系统,通过浮力调节机构改变标体密度,进而实现浮标的上浮和下潜运动,即剖面运动。利用浮标样机在南海某海域进行相关试验,下潜深度可达3550米,验证了深海自持式剖面浮标结构和控制系统设计方案的合理性。相关的实验数据为后续动力学模型的建立提供了参考。其次,基于所设计的浮标浮力调节机构原理,分析了深海自持式剖面浮标的运动过程,在考虑海水密度非均匀变化的情况下,建立起剖面浮标的非线性动力学模型,为研究定深控制策略奠定了基础。最后,针对所建立的深海自持式剖面浮标运动模型所具有的非线性、强耦合性的特点,提出了一种基于双闭环反馈回路的模糊PID定深控制策略。针对外环深度反馈回路与内环速度反馈回路设计了模糊PID控制策略。仿真结果表明,利用该策略进行深海自持式剖面浮标的定深控制比仅仅采用传统PID定深控制策略,系统的超调量较小,调节速度更快,系统的稳态精度和抗干扰能力都大大提高。

关键词：深海自持式剖面浮标动力学模型双闭环模糊PID控制定深控制

基于RBF-PID的深海剖面浮标定深控制算法研究

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基于RBF-PID的深海剖面浮标定深控制算法研究

作者：房美琦天津大学

学位级别：硕士

海洋不仅蕴含丰富的资源,更与气候密切相关,开展海洋探测、建设海洋强国成为我国的研究发展趋势。自持式剖面浮标能够通过调节自身浮力,实现自主沉浮。布放自持式剖面浮标,构建全面的海洋观测网,对预防灾难性气候、了解海洋环境具有重... 详细信息

海洋不仅蕴含丰富的资源,更与气候密切相关,开展海洋探测、建设海洋强国成为我国的研究发展趋势。自持式剖面浮标能够通过调节自身浮力,实现自主沉浮。布放自持式剖面浮标,构建全面的海洋观测网,对预防灾难性气候、了解海洋环境具有重要意义。目前,国内外布放的剖面浮标大多为2000米以内的浅海浮标,浅海探测的观测体系已经基本完善,而深海探测尚处于起步阶段。深海自持式剖面浮标将海洋探测深度延伸至4000米以下的深海,为了解深海、开发深海资源提供可能性。定深悬停是剖面浮标的重要任务,其目的是通过悬停采集一定深度的水文数据,提高定深控制精度对于提高数据采集精度具有重要意义。深海自持式剖面浮标浮力驱动系统的单向可控性的特点,海洋环境的复杂性,都对深海自持式剖面浮标的定深控制系统的提出了更高的要求。本文提出一种基于RBF-PID的深海剖面浮标定深控制算法,旨在实现高精度的剖面浮标定深控制。首先,通过分析剖面浮标的浮力驱动系统的结构性的特点,建立非线性动力学模型。建模过程充分考虑各参数的非线性特点,对各个参数进行了具体分析。将剖面浮标海试过程上浮阶段采集的数据与仿真结果对比,验证了提出的非线性模型的准确性,为实现高精度的定深控制做好铺垫。其次,将RBF-PID定深控制算法加入至深海自持式剖面浮标的非线性模型中,通过RBF神经网络调节PID控制器增益。仿真结果表明RBF-PID定深控制算法能够提高深海自持式剖面浮标的定深控制精度,降低稳态误差,增强系统的抗干扰能力。同时,分析了电机电流变化情况,以计算4000米定深控制过程的功耗。最后,介绍了深海自持式剖面浮标压力测试的原理和仿真系统界面。分析压力测试过程采集数据的随机误差对剖面浮标RBF-PID定深控制算法的影响,结果表明本文提出的控制方法能够抵抗随机误差的干扰。根据非线性动力学模型,设置仿真界面,提高了仿真过程的可操作性,仿真结果的直观性。本文所提出的深海自持式剖面浮标最大下潜深度超过4000米,其在4000米深度下的定深控制精度能够稳定在±12米左右。基于RBF-PID的剖面浮标定深控制算法具有较强的鲁棒性,浮标抗干扰能力增强。

关键词：深海自持式剖面浮标深海探测 RBF-PID 定深控制非线性模型