导　　师： 肖体兵

学科专业： H0202

授予学位： 硕士

作　　者： ;

机构地区： 广东工业大学

摘　　要： 本文将深海多金属锰结核开采作为研发背景。以采矿船的扬矿管升沉补偿作为研究对象。对轻载、中载、重载三种升沉补偿模拟实验系统的液压系统进行了物理建模。并对神经网络自适应PID作为系统的控制策略进行了探讨。通过仿真和模拟实验验证了作者建立的物理仿真模型是正确性,设计的控制器是可行的。论文首先对三位四通电液比例阀控缸动力机构进行了数学建模。基于SIMSCAPE软件,对比例阀死区特性进行了仿真。仿真发现比例阀死区严重影响到液压系统动态性能,通过电压补偿的方式消除了比例阀死区对系统的不利影响。接着,利用SIMSCAPE软件搭建了轻载、中载、重载三种升沉补偿模拟实验系统物理仿真模型。其次,针对升沉补偿系统普遍存在着饱和、死区非线性、滞后、参数时变等不利因素,为了使系统获得满意的补偿精度,并增强其鲁棒性、提高其抗干扰和自适应能力,作者提出了单神经元自适应PID、BP神经网络自适应PID,两种神经网络自适应PID控制器,并通过SIMU INK模块和S函数进行了编程实现。再次,分别对轻载、中载、重载三种升沉补偿模拟实验系统物理模型进行了仿真。综合分析了各系统流量、压力、位移、力等物理量的变化。仿真数据将为实验研究和工程应用提供理论参考。改变正弦扰动信号频率,对常规PID控制器和两种神经网络自适应PID控制器进行了自适应对比仿真,仿真结果表明神经网络自适应PID控制器具有鲁棒性好,抗干扰性强,控制精度高和自适应能力强等优点。然后,搭建了轻载升沉补偿模拟实验平台,基于xPC Target完成了轻载升沉补偿模拟实验。对常规PID、单神经元自适应PID控制器分别进行了变频率正弦位置跟踪对比实验,和改变系统供油压力条件下阶跃动态响应对比实验。实验结果表明单神经元自适应PID控制器在鲁棒性、抗干扰、自适应能力方面优于常规PID控制器。轻载升沉补偿模拟实验系统采用单神经元自适应PID作为位置反馈控制器,系统将具有很强的鲁棒性和自适应能力,同时也增强了其抵抗干扰的能力。最后,通过仿真和实验,得出结论：(1)利用SIMSCAPE软件建立的三种升沉补偿模拟实验系统物理仿真模型是正确的,该物理仿真模型可以真实模拟实际系统流量、压力、位移、力等物理量的变化,具有物理意义强、参数修改方便和可移植性强等优点。(2)将神经网络与PID两者结合,组成PID参数在线可调的神经网络自适应PID控制器,应用到升沉补偿系统中,仿真和实验结果表明神经网络自适应PID控制器可增强系统的鲁棒性、自适应能力和抵抗干扰的能力。

关 键 词： 深海采矿 升沉补偿 电液比例控制 神经网络 参数自适应 模拟实验 建模仿真

分 类 号： [TD807;TP273.2]

领　　域： [矿业工程]