Ви є тут

Автоматизація керування одноланковою підводною буксированою системою з підйомним буксированим апаратом

Автор: 
Нгуен Тієн Лонг
Тип роботи: 
Дис. канд. наук
Рік: 
2006
Артикул:
3406U002580
129 грн
Додати в кошик

Вміст

РАЗДЕЛ 2
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНЫХ И АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ
ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ОДНОЗВЕННОЙ ПОДВОДНОЙ БУКСИРУЕМОЙ СИСТЕМОЙ С
ПОДЪЕМНЫМ БУКСИРУЕМЫМ АППАРАТОМ
2.1. Общие замечания
Предварительный анализ ОПБС с ПБА как объекта управления показывает, что
условия ее функционирования характеризуются неопределенностью внешних
возмущений и широким диапазоном изменения эксплуатационных режимов, протекающих
в существенно нелинейной внешней среде – потоке воды. Очевидно, наиболее
перспективным направлением совершенствования САУ такими объектами является
синтез адаптивных, самонастраивающихся регуляторов и систем управления на их
основе, а также синтез САУ на основе нечетких регуляторов и инверсных моделей
объекта управления [51-54, 61-68]. Для синтеза и исследования САУ подвижными
объектами современная наука использует широкий диапазон средств, среди которых
наибольшее распространение получили классические аналитические методы [69-70] и
методы математического моделирования [71].
Однако, практика управления ОПБС с ПБА показывает, что применение классических
методов синтеза САУ затруднено вследствие неполноты информационного обеспечения
системы управления вследствие:
многомерности и многосвязности объекта управления (ОУ);
стохастической природы возмущений со стороны внешней среды;
нелинейности математического описания модели ОУ.
В связи с этим в диссертации в качестве основного метода исследования принят
метод математического моделирования, который реализован с помощью пакета
Simulink программной среды MATLAB [72].
Математическая модель ОПБС как единой системы твердых и гибких тел, которые
взаимодействуют между собой в потоке воды, состоит из математических моделей
этих тел: математических моделей СБ, ангара и КЛ, математической модели КБ и
математической модели ПБА, которая в свою очередь включает математические
модели его основных элементов: голого корпуса, НП, ХО и ПГ.
При проведении исследований ОПБС с ПБА приняты следующие допущения и упрощения,
которые не искажают физику процессов и обусловлены стремлением найти компромисс
между сложностью математической модели буксируемой системы и достоверностью
получаемых результатов моделирования:
вода как рабочая среда для корпуса ПБА, его НП и ХО, а также для КБ
рассматривается как идеальная невозмущенная жидкость;
судно-буксировщик, как элемент системы, представляется материальной точкой,
которая движется с неизменной скоростью v и является источником энергии (силы
буксирования), поэтому в единую математическую модель ОПБС оно входит как
вектор силы буксирования Q с углами наклона КБ на коренном конце a0, b0, g0,
см. рис. 1.5, в;
векторы сил НП и КБ приложены к центру масс ПБА и не создают крена и
дифферента;
форма КБ в сечении – круг, то есть при его обтекании потоком воды боковая сила
не возникает и, следовательно, ОПБС с ПБА размещены в вертикальной плоскости
(плоская задача);
ПБА и КБ в воде имеют нулевую плавучесть.
Математические модели элементов ОПБС для исследования их пространственного
положения и взаимодействия между собой в режимах подъема и спуска ПБА
составляются в скоростной системе координат, за начало отсчета которой принято
СБ. При исследовании стабилизированного движения ПБА в приповерхностном слое
воды за начало отсчета принят центр масс ПБА.
Отметим, что для рассматриваемого в диссертации ОУ математическое моделирование
является необходимым, но недостаточным методом исследования. Это обусловлено
уникальностью создаваемой ОПБС с ПБА и отсутствием достоверных данных о
параметрах ее элементов, а также наличием в качестве одного из основных
элементов системы гибкой связи – кабель-буксира значительной длины, которая
изменяется в процессе эксплуатации системы. В силу названных выше особенностей
ОУ в диссертации в качестве дополнительных методов исследования приняты
бассейновые испытания полномасштабного макета ПБА и морские исследовательские
испытания ОПБС с ПБА в целом.
Бассейновые испытания проводились для экспериментального определения
гидродинамических характеристик НП и корпуса полномасштабного макета ПБА, в том
числе и для случая приповерхностного буксирования под взволнованной водной
поверхностью.
Морские исследовательские испытания ОПБС с ПБА проводились с целью определения
гидродинамических и эксплуатационных характеристик системы в квазистационарных
режимах работы.
В диссертации не учитывается динамика работы ангара ПБА в силу незначительного
ее влияния на исследуемые процессы. КЛ представляем идеальным безинерционным
элементом.
2.2. Разработка математической модели движения ОПБС с ПБА
2.2.1. Математическая модель КБ как гибкого тела в потоке воды. В общем случае
КБ представляет собой пространственную кривую, которая может быть задана
параметрически [72-73]. Пространственное положение КБ как идеальной гибкой нити
в воде характеризуется изгибом и кручением, см. зависимости (1.1)-(1.4)) и рис.
2.1.
Рис. 2.1. Положение элемента КБ в пространстве.
В силу принятых в диссертации допущений далее рассматриваем буксируемую систему
как плоскую задачу, тогда достаточно оперировать только углом a.
Одним из видов нагрузок, которые действуют на КБ в условиях буксирования в
толще воды, есть гидростатические нагрузки, т.е. погонная гидростатическая
сила, которая, обычно учитывается в виде вертикальной силы плавучести
qa  = grSKТ, где g – ускорение свободного падения, r - плотность воды,
SKБ – площадь поперечного сечения КБ.
При погонной силе тяготения гибкой связи qg это приводит к появлению так
называемой силы веса в воде (остаточной плавучести) .
При этом, для элемента КБ, который изогнут в одной плоскости, нормальная qn и
касательная qt соста