摘 要

近年來，系留平臺(tái)和水下機(jī)器人等類型的拖曳設(shè)備在高速、大行程方向具有較快的發(fā)展，而以吊塔為主的試驗(yàn)系統(tǒng)還停留在低速和短行程的技術(shù)水平，無法滿足拖曳設(shè)備性能試驗(yàn)的要求。本文提出了采用恒張力液壓絞車作為試驗(yàn)系統(tǒng)，通過控制纜繩張力模擬拖曳設(shè)備運(yùn)行時(shí)的負(fù)載，滿足多種不同拖曳設(shè)備性能檢測試驗(yàn)的要求。本文對絞車液壓系統(tǒng)、卷繞張力控制技術(shù)、電液比例控制技術(shù)和自動(dòng)排纜機(jī)構(gòu)進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)仿真研究。
分析和研究絞車液壓系統(tǒng)，采用電液比例閥控制馬達(dá)進(jìn)出油口壓差，改變馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)卷繞纜繩的張力控制。張力開環(huán)控制研究時(shí)，分析并解決馬達(dá)機(jī)械效率和卷繞半徑給控制系統(tǒng)帶來的影響；張力閉環(huán)控制研究時(shí)，進(jìn)行纜繩張力動(dòng)態(tài)分析，建立纜繩釋放和回收過程的張力控制模型。
自動(dòng)排纜機(jī)構(gòu)以光電編碼器脈沖為反饋，PLC控制排纜機(jī)構(gòu)的水平運(yùn)動(dòng)緊緊跟隨卷筒旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。纜繩直徑變化時(shí)，排纜速度也會(huì)相應(yīng)變化，具備變節(jié)距排纜的功能。排纜到達(dá)限位時(shí)，控制器分析纜繩纏繞的效果，解決卷筒邊端纜繩塌陷的問題。
提出了偽微分控制算法，并應(yīng)用到張力控制、馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制和排纜系統(tǒng)控制中，根據(jù)參數(shù)設(shè)計(jì)方法，獲得各個(gè)控制模型的控制參數(shù)。
搭建張力標(biāo)定、馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制和排纜機(jī)構(gòu)試驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)，取得了較好的實(shí)驗(yàn)效果。試驗(yàn)結(jié)果表明，應(yīng)用了偽微分反饋控制算法的液壓馬達(dá)速度控制具有響應(yīng)速度快和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；自動(dòng)排纜機(jī)構(gòu)中排纜絲杠水平運(yùn)動(dòng)跟隨卷筒的旋轉(zhuǎn)，在纜繩直徑改變時(shí)能夠快速響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)變節(jié)距排纜；運(yùn)用simulink對張力閉環(huán)控制進(jìn)行仿真研究，驗(yàn)證了其響應(yīng)速度快、超調(diào)量小、控制參數(shù)簡單易調(diào)以及抗干擾能力強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：恒張力絞車 張力控制 自動(dòng)排纜 偽微分控制

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 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 課題背景 1
1.1.1 拖曳設(shè)備的應(yīng)用現(xiàn)狀 1
1.1.2 拖曳設(shè)備性能試驗(yàn) 2
1.1.3 拖曳設(shè)備試驗(yàn)系統(tǒng) 2
1.1.4 絞車的分類和選取 3
1.2 卷繞張力控制 4
1.3 張力檢測裝置 5
1.3.1 張力檢測方法 6
1.3.2 張力檢測裝置工作原理 8
1.3.3 電橋測量電路 9
1.4 電液比例技術(shù) 10
1.5 論文的研究意義和內(nèi)容 11
1.5.1 論文研究意義 11
1.5.2 論文研究內(nèi)容 12
1.6 本章小結(jié) 13
第2章 恒張力絞車液壓系統(tǒng)研究 15
2.1 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 15
2.1.1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案的比較和選用 15
2.1.2 液壓站的分析和研究 17
2.2 液壓控制系統(tǒng) 18
2.2.1 恒張力絞車工作狀態(tài)分析 18
2.2.2 液壓控制系統(tǒng)工作原理 19
2.2.3 纜繩張力開環(huán)控制的研究 20
2.2.4 纜繩張力閉環(huán)控制的研究 22
2.2.5 絞車液壓馬達(dá)速度控制 22
2.3 本章小結(jié) 23
第3章 恒張力絞車控制模型的分析與建立 25
3.1 張力控制系統(tǒng)模型的建立 25
3.1.1 纜繩張力動(dòng)態(tài)分析 25
3.1.2 液壓回路壓力分析 26
3.1.3 絞車收纜時(shí)張力控制模型 26
3.1.4 絞車放纜時(shí)的張力控制模型 29
3.2 液壓馬達(dá)速度控制模型的建立 30
3.2.1 液壓馬達(dá)動(dòng)態(tài)特性 31
3.2.2 閥控馬達(dá)系統(tǒng)方框圖 32
3.2.3 閥控馬達(dá)系統(tǒng)傳遞函數(shù) 33
3.3 本章小結(jié) 34
第4章 自動(dòng)排纜機(jī)構(gòu) 35
4.1 絞車排纜機(jī)構(gòu)分類 35
4...