水下多功能作業(yè)機具控制系統(tǒng)研究.pdf

1、海洋中蘊藏著豐富的油氣資源，隨著深海采油技術(shù)的進步，越來越多的海洋可以被人類開發(fā)，海上鉆井平臺和海底石油管道不斷增多。由于海洋環(huán)境的特殊性，海底石油管道容易發(fā)生破壞，而且破壞之后需要用特殊定制的設(shè)備進行維修。我國在海洋石油管道應急維修設(shè)備方面與國外存在較大差距。本文針對國內(nèi)研制的用于水下管道應急維修的水下多功能作業(yè)機具的控制系統(tǒng)進行了詳細的研究，根據(jù)機具的作業(yè)要求和特點，確定了多功能作業(yè)機具控制系統(tǒng)的總體組成，設(shè)計了一套完整的控制系統(tǒng)，

2、并通過調(diào)試驗證了控制系統(tǒng)的功能，完成了一套樣機的研制。
　　本文通過對水下多功能作業(yè)機具本體機械結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)和作業(yè)流程的分析，進而確定一個適合多功能作業(yè)機具的總體控制方案。給出控制系統(tǒng)的硬件和軟件實現(xiàn)方法：根據(jù)多功能機具的工作特點，確定多功能機具控制系統(tǒng)的硬件采用工控機和可編程邏輯控制器PLC來實現(xiàn)；上位機界面采用西門子公司的Wincc組態(tài)軟件設(shè)計。詳細分析了多功能機具控制系統(tǒng)的主要功能。然后對控制系統(tǒng)的關(guān)鍵硬件進行選型計算，并

3、對控制箱的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。
　　根據(jù)多功能作業(yè)機具的控制要求，詳細介紹多功能作業(yè)機具控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計方法。針對Wincc與200PLC不能直接通信的問題，基于OPC接口技術(shù)間接實現(xiàn)上位機Wincc和下位機PLC之間的以太網(wǎng)通信。接著對主要下位機程序進行設(shè)計。多功能機具在水下作業(yè)，完全依靠人機交互界面實現(xiàn)控制，針對多功能作業(yè)機具的作業(yè)特點，提出上位機界面的功能要求，并在西門子公司的Wincc平臺上進行人機交互界面的設(shè)計。
　　

4、首先針對仿尺蠖爬行機構(gòu)中的一對對同步性要求較高的雙液壓缸，研究一套兩個液壓缸同步控制的策略。通過對常用的多液壓缸同步控制方式的分析，確定本文的雙液壓缸采用主從式控制方式，然后建立液壓缸系統(tǒng)的數(shù)學模型，設(shè)計從液壓缸的模糊PID控制器，并在Matlab的Simulink里建立主從液壓缸系統(tǒng)模型并仿真分析，結(jié)果表明本文設(shè)計的雙液壓缸主從同步控制效果較好；其次針對管道倒角質(zhì)量不均勻問題，首先分析誤差產(chǎn)生的原因，接著提出一種求解夾具定心誤差的方法

5、，然后根據(jù)計算得到的誤差軌跡，設(shè)計一套軌跡預處理算法來消除軌跡誤差。同時為了降低刀具加減速運動階段對工件和刀具以及機具造成的影響，又設(shè)計一種比較平穩(wěn)的刀具加減速運動規(guī)律，并在AMESim軟件里對刀具運動進行仿真，仿真結(jié)果表明該方法是合理的。
　　為了驗證多功能機具控制系統(tǒng)設(shè)計的合理性，在陸地上做了控制系統(tǒng)各部分功能的調(diào)試實驗。為檢驗為爬行機構(gòu)雙液壓缸設(shè)計的控制策略，進行了機具爬行實驗。為驗證倒角刀具誤差消除算法，進行了管道內(nèi)倒角實