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研究生: 李協祐
Li, Hsieh-Yu
論文名稱: 基於即時網路之多軸同動不規則造波控制系統之研製
Development of Multi-Axis Synchronous Control System for Irregular Wave Maker based on Real-Time Network
指導教授: 謝旻甫
Hsieh, Min-Fu
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 系統及船舶機電工程學系
Department of Systems and Naval Mechatronic Engineering
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 117
中文關鍵詞: SERCOSIII系統鑑別多軸同動不規則波造波機
外文關鍵詞: SERCOS III, System Identification, Synchronous Control, Irregular Wave, Wave Maker
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  • 本文基於SERCOS III網路式控制系統,並運用具機構耦合之四軸同動伺服平台以提高系統輸出能力,建置一即時閉迴路之不規則波造波機。藉此,海洋工程、船舶測試、甚至是波浪發電等相關研究,可免去進行現地實驗之人力、物力、資源與時間。因此,不規則波造波機之建置有其重要性。

    本文首先利用適合發展大型自動化設備之SERCOS III通訊控制網路,透過Real-Time eXtension (RTX)與Windows作業系統連結,建構一強即時網路控制系統,提高系統之整合性與效能。在四軸同動控制方面,本文將各軸耦合效應視為補償力,推導並鑑別出具機構耦合之四軸數學模型。此外,本文將造波時水所造成之負載視為外擾,針對整體系統進行一伺服迴路控制器設計,降低位置追蹤誤差以及同動誤差,以提高造波精度。

    本文採線性造波理論,將規則波與不規則波轉換成衝程訊號,視其為整體系統之位置命令,送入多軸同動控制系統,推動造波板進行造波運動。最後,分析波高計回授之水位,利用一波浪控制器補償波高誤差,完成一具波浪迴路之三層控制迴路不規則造波系統。

    This thesis develops an irregular wave maker which is jointly driven by four ball screw/servomotor units based on the real-time network control system. The irregular wave maker can offer laboratory-scale tests for studies of ocean engineering, naval architecture or even marine energy, such as wave energy conversion. This accounts for its importance.

    This thesis employs SERCOS III and Windows-based Real-Time eXtension (RTX) to develop the control system so that the performance can be enhanced. Then, the so-called position/thrust hybrid synchronous control structure is developed for the four servo units to achieve good tracking ability and improve synchronization between these servo units. Finally, a triple-layer control system which includes the water elevation feedback signals is designed to make accurate waves. The experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed wave maker control system

    摘要 I Abstract II 誌謝 III 圖目錄 VIII 表目錄 XIV 符號表 XVI 第一章 緒論 1 1.1 前言與研究動機 1 1.2 文獻回顧 3 1.2.1 網路式控制系統文獻回顧 4 1.2.2 同動控制文獻回顧 4 1.2.3 造波理論與波浪控制文獻回顧 6 1.3 研究目的 7 1.4 論文架構 9 第二章 理論分析與即時系統之建構 11 2.1 造波理論之分析 11 2.1.1線性規則造波理論 12 2.1.2不規則波理論 12 2.1.3造波理論 16 2.2 即時系統之建構 17 2.2.1 SERCOS系統簡介 17 2.2.2 即時系統之建立 18 2.3 相關軟硬體簡介 20 2.3.1 軟體簡介 20 2.3.2 硬體簡介 22 第三章 系統建模與多軸伺服迴路設計 27 3.1 耦合系統分析 28 3.1.1 單軸馬達系統建模 28 3.1.2 多軸馬達系統建模 29 3.2 實驗機台系統鑑別 33 3.3 伺服迴路設計 37 3.3.1 速度控制器設計 37 3.3.2 位置控制器設計 40 3.3.3 推力命令控制器設計 42 3.3.4 同動控制器設計 44 3.3.5 四軸平台運動實驗 46 第四章 實驗結果 50 4.1 造波機三層控制迴路架構 51 4.1.1 軟輸入命令 54 4.1.2 規則波浪控制器架構 55 4.1.3 不規則波浪控制器架構 59 4.2 單軸小型造波機實驗 62 4.2.1規則波實驗 63 4.2.2不規則波實驗 68 4.3 四軸同動三層控制迴路 74 4.3.1規則波實驗 77 4.3.2不規則波實驗 81 4.4 控制系統之抗干擾力 87 4.5 結論 89 第五章 結論與建議 90 參考文獻 93 附錄 97 附錄A 線性造波理論之推導 97 附錄B 不規則波公式之推導 103 附錄C 造波機構研製之過程 112

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    下載圖示 校內:2018-08-28公開
    校外:2018-08-28公開
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