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《宁波大学》 2017年
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波流干扰下深海ROV系统动力响应和升沉补偿研究

揭晓侠  
【摘要】:海洋资源的丰富和陆地资源的匮乏都加速了人类进军海洋的步伐。缆控机器人Remote Operated Vehicle(ROV)在海洋探索方面具有重要作用,可以完成诸如水下探测、管道检测、水下观察和打捞等深海任务。在作业过程中,不可避免地受到海洋的波流干扰,母船会产生巨大的升沉运动,直接威胁到水下机器人的安全和精度。为此,应用升沉补偿技术到ROV系统中。基于大型水动力学软件OrcaFlex建立被动升沉补偿和主动升沉补偿模型,对被动升沉补偿技术和主动升沉补偿技术进行仿真分析。被动升沉补偿技术适用大载荷,但是补偿精度低,主动升沉补偿技术适用中低载荷,补偿精度较高。被动补偿不需要外界的能量输入,主动升沉补偿需要消耗外界能量。针对主动升沉补偿系统,对诸如缆索长度、ROV重量、缆索轴向刚度、缆索单位质量和节点等影响系统响应的固有参数进行敏感性分析。长度改变的仿真中出现了较大缆索冲击载荷,需要避免,做法是使ROV的补偿深度处在平衡位置附近。缆索单位质量改变的仿真得到补偿定深的选取对于位移补偿效率没有很大的影响,但是补偿定深的选取对于张力的冲击载荷影响比较大。主动升沉补偿建模,使用Python编程的绞车补偿模式,基于南海某具体海域,按水文条件设置水深和流速剖面,进行深水ROV系统动力仿真,通过对比不同控制参数系统的具体响应进行控制参数整定。系统对波浪周期比较敏感,周期稍微变化一点,缆索张力振幅会不断增大,达不到补偿的效果。分析表明,被动补偿系统可以减小扰动,达到补偿的效果。基于PID控制的主动升沉补偿系统具有很好的补偿效果。
【学位授予单位】:宁波大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:U674.941;U664.82

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