大曲率船体外板加工成型工艺多轴联动控制系统研究

【摘要】船体外板加工成型是船舶制造关键工艺之一,传统的手工弯板作业已经无法满足现代化造船需要。为了保证弯板质量、降低劳动力强度、提高生产效率,适应先进制造技术的发展需求,实现自动化弯板已经成为必然趋势。本课题针对船体艏艉等部位曲率大、面积较小的外板,因焰道线布置紧密甚至交叉而使得加工成型工艺复杂,研究难度大且国内外相关研究较少的现状,对大曲率船体外板加工成型工艺多轴联动控制系统进行了研究。本文首先在分析水火弯板工艺特点基础上研究设计了一台基于火枪双摆头型五轴联动的多轴运动控制弯板机。主要研究：(1)对多轴联动平台、五轴联动机构机械结构、火枪姿态控制原理进行详细分析,在硬件结构和控制原理上,实现火枪空间任意加工姿态的摆动；(2)确定采用工控上位机+运动控制器+PLC的开放结构形式,并对多轴运动控制、PLC控制等模块硬件设计及控制方式进行具体分析,实现PC机对多轴联动控制系统的开环控制。在所设计的硬件平台的基础上,本文进一步建立了整个多轴运动控制系统运动学模型,主要研究：(1)根据弯板机五轴结构建立了相应运动链模型,通过相邻运动副的坐标系转换,确定了工具坐标系到工件坐标系的转换关系,完成火枪五轴联动运动控制数学模型的建立；(2)对火枪双旋转轴的多解进行分析和选择,提出转角差绝对值之和最小的控制方案；(3)分析火枪旋转、水枪跟随模型,得到各轴伺服位移量,并进行了试验分析。以上工作的完成为多轴控制系统其他理论分析奠定了基础。鉴于在加工大曲率船体外板时火枪与船板极易因机床的振动发生碰撞,本文对机床加减速控制算法进行了深入的分析,主要研究：(1)根据变量连续和边界条件构造了一种加速度和加加速度均一阶连续的三角函数加减速控制方法；(2)对三角函数加减速算法过程中各种情况进行分段分析,并依次给出了对应的参数解；(3)通过S型和三角函数型加减速控制算法数据仿真对比,验证了算法的有效性。本文最后对多轴联动控制系统的软件结构进行分析,主要研究：(1)详细设计运动控制、PLC控制程序；(2)分析运动控制器与PLC模块间通信数据包和浮点数通信模式,解决了运动控制器与PLC间数据通信的实时性和准确性。本弯板控制系统通过将高效的联动控制算法与多轴联动硬件平台相结合,将大大提高大曲率外板的加工精度和效率,并为进一步的弯板自动化控制技术的试验及更高水平的自动化弯板设备研发提供了平台和理论基础。
【作者】陈翀；
【导师】程良伦；
【作者基本信息】广东工业大学，控制科学与工程，2014，硕士
【关键词】大曲率船板；运动学建模；五轴联动；柔性加减速；

【参考文献】
[1]陈军.雷公藤甲素对急性肺损伤大鼠肺内ABCA1表达的影响[D].苏州大学,麻醉学,2013,硕士.
[2]秦秋寒.大庆探区海拉尔盆地轻质油储层综合判识评价方法[D].大庆石油学院,矿产普查与勘探,2004,硕士.
[3]王旭.我国地方党政领导干部考核评价机制研究[D].山东师范大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.
[4]张杰.长寿湖景区旅游开发优化方案的探究[D].西南大学,自然地理学,2013,硕士.
[5]孙晖.鞍山市质检源头监管平台的设计与实现[D].大连理工大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[6]李倩.基于“痰毒”理论的中药对裸鼠移植瘤生长及肺转移的影响[D].北京中医药大学,中医外科学,2013,硕士.
[7]廖颖川.企业创意人才工作满意度影响机理研究[D].华侨大学,企业管理,2014,硕士.
[8]连冬花.论诚信与社会主义市场经济[D].山西大学,马克思主义理论与思想政治教育,2004,硕士.
[9]王美玉,宋魁友.新媒体艺术在展示中的应用[J].艺术科技,2013,09:89.
[10]杨娇.重庆市会展业发展现状及影响因素研究[D].重庆工商大学,产业经济学,2014,硕士.
[11]王菁晶.中国房地产价格过快上涨及调控政策效应研究[D].首都经济贸易大学,产业经济学,2013,硕士.
[12]李慧琴.慢性乙型肝炎有效方药的筛选与评价[D].成都中医药大学,2003.
[13]满达呼斯琴.人工合成的纳豆激酶基因转化甜瓜的研究[D].内蒙古大学,生物化学与分子生物学,2014,硕士.
[14]JiangLuwen.Washback Effects of Passage Dictation in Tem4on Listening Teaching and Learning[D].西安外国语大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[15]刘雪梅.公共危机事件的预测模型构建及其应用研究[D].兰州大学,计算机软件与理论,2013,硕士.
[16]袁薇.论西域音乐文化中的龟兹乐[D].陕西师范大学,音乐学,2004,硕士.
[17]李宇航.金代寒食、清明诗研究[D].西北大学,中国古代文学,2014,硕士.
[18]韩祯祥,甘德强,薛禹胜.2004年国际大电网会议系列报道——大会主题报告及3个热点讨论[J].电力系统自动化,2005,01:3-5.
[19]冯形松.基于全方位视觉的运动目标检测跟踪研究[D].浙江工业大学,2009.
[20]朱晓琳.无处分权财产出资的法律问题研究[D].北京化工大学,民商法学,2013,硕士.
[21]蔡国庆,盛岱超,周安楠.考虑初始孔隙比影响的非饱和土相对渗透系数方程[J].岩土工程学报,2014,05:827-835.
[22]王建勤.CC公司竞争战略研究[D].上海外国语大学,工商管理,2013,硕士.
[23]张凌云.CON公司经营计划分析及制订研究[D].河北工业大学,工商管理,2013,硕士.
[24]吴佳.浙江省大学生创业环境研究[D].浙江工业大学,2008.
[25]贾茗子.某框架—剪力墙结构的抗震鉴定与加固研究[D].北京交通大学,建筑与土木工程（专业学位）,2013,硕士.
[26]贾淑贤.蒙古族小学汉语写话教学现状分析及对策研究[D].内蒙古师范大学,学科教学（专业学位）,2012,硕士.
[27]张丛丛.黄金对抗通胀能力的实证分析[D].青岛大学,金融学,2013,硕士.
[28]郭洪健.嵌入式网络视频传送技术的研究与实现[D].南京邮电大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[29]张超.浅析体育新闻传播中的媒介议程设置[D].辽宁大学,新闻学,2012,硕士.
[30]苟栎心.汉语作为第二语言的同素词教学研究[D].西南大学,语言学及应用语言学,2013,硕士.
[31]石现武.工程项目全要素成本管理研究[D].云南大学,工商管理,2012,硕士.
[32]覃永林.建筑管理与工程质量监督相关问题探讨[J].门窗,2013,09:246+250.
[33]吕振华.红外吸收增强黑硅材料的研究与制备[D].吉林大学,集成电路工程,2013,硕士.
[34]吴怡然.微博在热点事件中的舆论建构[D].上海外国语大学,传播学,2012,硕士.
[35]杨明月.辐射后HepG2细胞IER5与Cdc25B启动子的相互作用[D].河北医科大学,内科学,2014,硕士.
[36]王磊.宽带CDMA与GSM同频传输及其关键技术研究[D].西安电子科技大学,通信与信息系统,2004,硕士.
[37]陈夏蕊.新传播技术呼唤新“媒介素养”[D].安徽大学,新闻学,2014,硕士.
[38]赵晓洁.抗战时期重庆花鸟画教育研究[D].西南大学,美术学,2013,硕士.
[39]尹芳,陈迪钊,刘佳佳,陈曲,孔海霞,伍超娟.氧化石墨烯的制备工艺及热稳定性[J].材料科学与工程学报,2013,03:336-340+408.
[40]肖雅夫.基于语义模型的高校舆情监测技术的研究[D].湖北工业大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[41]王婧.关键词广告中的剽窃行为对用户品牌认知影响机制研究[D].南京大学,企业管理,2013,硕士.
[42]曹辉,张光华.综合物化探方法直接找油气的尝试[J].石油地球物理勘探,1996,04:546-551+604.
[43]蒋高明,黄银晓,林舜华,韩荣庄,高雷明.海河流域14种农作物对土壤库中磷的输出量和输入量初步研究[J].植物生态学报,1995,03:236-247.
[44]周展.全自动落纱机的设计与研究[D].武汉纺织大学,机械电子工程,2013,硕士.
[45]徐燕飞.周源山煤矿综采工作面矿压规律研究[D].湖南科技大学,采矿工程,2013,硕士.
[46]纪志超.Sm-Nd-Fe磁致伸缩材料的显微组织和磁性能研究[D].河北工业大学,材料加工工程,2013,硕士.
[47]索南加乐,杨铖,杨忠礼,沈黎明,焦在滨.基于模型识别的输电线路纵联保护新原理[J].电力系统自动化,2008,24:30-34.
[48]冯德胜.内蒙古敖汉旗岱王山金矿床地球化学特征及矿床成因[D].吉林大学,矿物学、岩石学、矿床学,2014,硕士.
[49]周春晓.论地方人大财政监督权行使方式的完善[D].苏州大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[50]李倍,和敬涵,TonyYip.基于双电流差动保护的微电网保护新方案[J].电气应用,2014,21:128-133.