船體分段三維測(cè)量及對(duì)位系統(tǒng)控制策略研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展和造船工藝的提高，為了提高造船效率和質(zhì)量，造船模式正在向總段巨型化建造工藝方向發(fā)展，這對(duì)船舶設(shè)計(jì)水平和制造精度控制等環(huán)節(jié)都提出了更高的要求。如何快速準(zhǔn)確地測(cè)量建造過(guò)程中船體分段產(chǎn)品與理論模型之間的誤差，以及如何提高搭載時(shí)對(duì)接分段快速對(duì)位的效率，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外船舶與海洋工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，因此研究這些問(wèn)題具有非常重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　本文在掌握國(guó)內(nèi)外相關(guān)問(wèn)題的研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，對(duì)這些關(guān)鍵問(wèn)題展開(kāi)了進(jìn)一步的研

2、究工作，主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　(1)船體分段建造過(guò)程中變形與反變形措施方面的研究。在船舶建造過(guò)程中，焊接、擱墩、吊裝、移位等過(guò)程都會(huì)引起船體分段的變形，本文詳細(xì)分析了引起船體變形的原因，并針對(duì)不同的變形情況提出了相應(yīng)的反變形工藝措施。
　　(2)基于全站儀的船體分段大尺度測(cè)量方法的研究。分析了分段建造及搭載過(guò)程中船體分段大尺度三維測(cè)量方法，討論了理論點(diǎn)集的選取原則，理論點(diǎn)集和測(cè)量點(diǎn)集常用匹配方法，并結(jié)合船體分段三維測(cè)量的特

3、點(diǎn)，針對(duì)對(duì)應(yīng)點(diǎn)集匹配的三點(diǎn)對(duì)齊法的不足，提出了基于最小二乘法選擇中心點(diǎn)的改進(jìn)三點(diǎn)對(duì)齊法;針對(duì)非對(duì)應(yīng)點(diǎn)集匹配常用的迭代最近點(diǎn)法(ICP)，提出了先采用主成份分析(PCA)進(jìn)行粗匹配，再利用ICP進(jìn)行精匹配的兩階段匹配方法，有效地提高了匹配精度。
　　(3)船體分段合攏自動(dòng)化系統(tǒng)及控制策略的研究。針對(duì)現(xiàn)有的搭載方式占用吊機(jī)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，并且存在安全隱患問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種用于船體分段合攏的三維可調(diào)平臺(tái)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由多個(gè)三自由度可調(diào)墩組成，單個(gè)

4、可調(diào)墩可實(shí)現(xiàn)一定范圍的三維運(yùn)動(dòng)，當(dāng)采用群墩控制時(shí)，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多自由度運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)安全、高效和高精度控制的船體分段搭載對(duì)位和合攏的建造工藝。
　　(4)基于多新息(Multi-innovation)理論的船體分段對(duì)位控制方法研究。船體分段合攏對(duì)接過(guò)程是一個(gè)難以建立數(shù)學(xué)模型的非線性系統(tǒng)，針對(duì)這一特點(diǎn)深入研究了可調(diào)平臺(tái)控制策略問(wèn)題，理論證明了基于多新息理論的無(wú)模型控制律的收斂性問(wèn)題，并對(duì)控制律中的參數(shù)采用遺傳算法進(jìn)行在線優(yōu)化;提出了基

5、于多新息理論的PID神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法，并證明了該方法的收斂性。最后采用多個(gè)仿真實(shí)例對(duì)所提出的兩種改進(jìn)算法進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明，改進(jìn)后的兩種控制算法都比原算法收斂速度快，具有更強(qiáng)的魯棒性。
　　(5)面向造船工程實(shí)際，采用自主發(fā)明專利技術(shù)制作了三自由度可調(diào)墩樣機(jī)，提出了基于開(kāi)放式控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)規(guī)范的可調(diào)墩控制系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)，研制開(kāi)發(fā)了可調(diào)墩控制系統(tǒng)的軟硬件平臺(tái)，并在平臺(tái)控制算法庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)了本文提出的基于多新息理論的PIDNN控制算法，實(shí)