本書圍繞典型海洋作業(yè)系統(tǒng),介紹了相應的控制理論基礎(chǔ),以及其在這些海洋作業(yè)系統(tǒng)中的具體應用方法;重點介紹了船舶甲板吊放裝備的升沉補償系統(tǒng)的原理與建模方法、控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計方法,水下航行器建模與控制方法設(shè)計,以及水下機械臂的建模與位置控制方法設(shè)計。*后,介紹了實驗系統(tǒng)及相應的實驗方法。全書共分為6章,在素材選取和體系構(gòu)造上,能滿足船舶與海洋工程專業(yè)高年級本科生和研究生的教學需要。本書也可供從事船舶與海洋裝備開發(fā)研究、設(shè)計及生產(chǎn)的工程技術(shù)人員參考。
隨著我國海洋開發(fā)與探測領(lǐng)域的擴展,各種新型構(gòu)型結(jié)構(gòu)及相應的動力與控制方式不斷涌現(xiàn),海洋作業(yè)方法和手段也不斷豐富,這些都對動力學與控制問題的研究提出了更高的要求,推動著船舶與海洋工程學科的不斷發(fā)展。船舶與海洋工程中的動力學與控制問題,直接關(guān)系到運動、控制與作業(yè)性能的改進。20世紀中期開始的新技術(shù)革命是多學科交叉與結(jié)合的結(jié)晶。由于交叉學科技術(shù)方興未艾,世界從來沒有像今天這樣瞬息萬變,日新月異?梢哉f,交叉學科技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展是經(jīng)濟、社會的必然要求和結(jié)果。人才在知識結(jié)構(gòu)、能力結(jié)構(gòu)、素質(zhì)結(jié)構(gòu)方面應具備什么樣的水準,設(shè)置什么樣的課程體系和教學內(nèi)容,才能與交叉學科技術(shù)的發(fā)展要求相適應,是人才培養(yǎng)及教材編寫需要注意的問題;谏鲜霰尘埃緯且槐窘Y(jié)合海洋作業(yè)領(lǐng)域理論與實踐且具有交叉學科創(chuàng)新人才培養(yǎng)特色的教材,將基本控制理論與典型海洋工程作業(yè)系統(tǒng)相結(jié)合,并結(jié)合相應實驗系統(tǒng),介紹相應的調(diào)試、試驗等實踐過程。全書共分為6章。第1章為緒論。第2章重點介紹現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)知識,包括狀態(tài)空間模型、系統(tǒng)的能控性及能觀測性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性,以及控制系統(tǒng)的綜合與設(shè)計。第3章介紹升沉補償作業(yè)控制,其內(nèi)容包括升沉補償系統(tǒng)原理、模型建立以及控制原理、控制器設(shè)計。第4章介紹水下航行器控制,包括航行器的模型建立,并結(jié)合一種新型姿態(tài)控制方式,介紹水下航行器的控制器設(shè)計方法。第5章介紹水下作業(yè)機械臂的模型建立及控制方法,特別是考慮在存在水下干擾的情況下,機械臂控制器的設(shè)計方法。第6章介紹了相應的實驗系統(tǒng)。本書由唐國元、王建軍擔任主編,可作為普通高校船舶與海洋工程專業(yè)高年級本科生、交叉學科研究生專業(yè)教材,也可供從事相關(guān)工程的技術(shù)人員參考。本書是在華中科技大學創(chuàng)新研究院以及船舶與海洋工程學院的大力支持下編寫的,并承蒙多位同行的幫助,謹此一并表示深切的謝意。限于編者的學識與水平,疏漏和不妥之處在所難免,敬請讀者批評指正。
華中科技大學副教授,碩導,作為項目負責人主持國家重大科技專項子題、國家自然科學基金,湖北省自然科學基金項目,以及多項國防項目共計20余項。作為主要人員承擔并完成國家863項目、十五及十一五國防預研項目、總裝備部預研項目、科技部國際合作重點項目和其他一些民用項目的研究工作;在《Kybernetes》,《Ocean Engineering》《Advances in Systems Science and Applications》,《International Journal of Advanced Robotic Systems》、《海洋工程》,《中國造船》,《中國機械工程》等期刊上發(fā)表論文50篇;獲國家發(fā)明專利授權(quán)10多項。
第1章緒論/1
1.1海洋作業(yè)的基本內(nèi)容/1
1.2幾種典型的海洋作業(yè)裝備/2
第2章現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)/7
2.1系統(tǒng)描述/7
2.2狀態(tài)方程的求解/12
2.3能控性與能觀測性分析/15
2.4穩(wěn)定性/28
2.5系統(tǒng)綜合與設(shè)計/41
第3章船舶甲板機械升沉補償作業(yè)/52
3.1船舶的運動描述/52
3.2升沉補償系統(tǒng)組成、原理及布置/55
3.3升沉補償系統(tǒng)的動力學模型/58
3.4船舶升沉運動的預報/60
3.5基于PID的預測控制/69
3.6滑?刂圃谏裂a償系統(tǒng)中的應用/76
第4章水下航行器控制/88
4.1水下航行器的數(shù)學模型/88
4.2潛艇的操縱與控制/94
4.3基于CMGs的水下航行器姿態(tài)控制/102
第5章水下機械臂作業(yè)控制/112
5.1機械臂動力學建模/112
5.2位置控制方法/119
5.3機械臂位置控制算例/122
第6章實驗系統(tǒng)/126
6.1升沉補償作業(yè)實驗系統(tǒng)/126
6.2水下機械臂捕獲作業(yè)實驗系統(tǒng)/141
參考文獻/152