AQWA小型水面浮动平台受扰运动特性及姿态稳定控制技术研究(2)

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2.2 平台的整体结构 5

2.3 稳定平台总体结构及工作原理介绍 6

2.4 平台的简化仿真模型 7

2.4 本章小结 8

3. 平台主要扰动源—随机海浪的研究 9

3.1 随机海浪的数学描述 9

3.1.1 随机波浪的波要素及海况 9

3.1.2 海浪的数学方程 10

3.1.3 波浪频谱 11

3.2 随机波浪的仿真及频谱分析 12

3.2.1 仿真方法及流程 13

3.2.2 频谱分析 14

3.2.3 仿真结果 15

3.3 本章小结 16

4. 平台的受扰运动特性分析 17

4.1 浮动平台的运动方程 17

4.1.1 建立平台运动坐标系 17

4.1.2 平台在海面摇摆的运动方程 18

4.2 浮动平台运动仿真及结果分析 21

4.2.1 AQWA的介绍及计算流程 21

4.2.2 影响平台稳定性的结构参数分析 22

4.3.3 结果对比分析 22

4.3 本章小结 25

5. 平台姿态控制系统组成及电路初步设计 26

5.1 姿态稳定的控制系统工作原理 26

5.2 基于PID的姿态稳定控制算法 27

5.3 相关硬件选型 27

5.3.1 伺服电机 27

5.3.2 伺服电机驱动器 28

5.3.3 旋转变压器 28

5.4 控制电路初步设计 29

5.4.1 姿态解算模块 29

5.5 本章小结 31

结论 32

致谢 33

参考文献 34

附录A 36

1 引言

1.1 课题研究背景与意义

进入20世纪以来，海洋因其蕴含巨大的经济、军事利益而受到世界各国愈加的重视，人们对海洋的探测和开发从未停歇。在实际环境中，常常需要在海面上放置一些探测设备或武器系统，这时就需要一种能够负载这些硬件的结构，于是海上平台应运而生。

常见的海上平台

图1.1 常见的海上平台

海上平台是一种高出海面且具有水平台面的结构物，主要分为两类：固定式海上平台和浮式海上平台。固定式海上平台在实际生产中有着广泛的应用，最典型的就是常见的海上石油钻井平台[1]。这种平台的主要特点是平台本身与海底通过结构物固连，位置保持不变，从而具有很强的抵御风暴和波浪袭击的能力。浮式海上平台一般不与海底固连，其位置可变，相对固定式平台而言，其具有更高的灵活性，但相应的抵御恶劣气候环境的能力较差。海洋中的风、流、海浪等扰动作用于浮式平台的同时，也会干扰平台负载设备的正常使用。因此，对浮式平台的抗扰动能力和姿态稳定方面的研究是十分有必要的。