[发明专利]一种柔性六自由度绳牵引的船模水池试验控制方法和系统

说明书

本发明公开一种柔性六自由度绳牵引的船模水池试验控制方法和系统，通过船模绳牵引支撑机构实现绳长控制及船模姿态的精确控制。在该方法中，主回路控制器根据预置的目标姿态角和姿态反馈信号计算船模分别连接的各个牵引绳的绳长调整量，将计算出的每个牵引绳的绳长调整量发送给副回路控制器，副回路控制器根据每个牵引绳的绳长调整量和每个伺服电机的脉冲反馈信号计算出船模分别连接的各个牵引绳的脉冲调整量，将计算出的每个牵引绳的脉冲调整量发送给各个牵引绳对应的驱动器，由驱动器按照脉冲调整量控制对应的伺服电机进行转动，通过伺服电机的转动控制传动机构的运动距离，对牵引绳的绳长变化控制，再通过牵引绳的绳长变化调整船模的当前姿态。

技术领域

本发明涉及船模自动控制技术领域，具体涉及一种柔性六自由度绳牵引的船模水池试验控制方法和系统。

背景技术

船模拖曳水池试验是水动力学实验的一种解决方案，是使用船舶模型(简称：船模)试验获得船舰的运动、航速、推进功率及其他性能的试水池，试验是由电动拖车牵引船模进行。拖曳方式有拖车式、重力式等。拖曳水池主要通过研究阻力和推进对各种船舶或节能设备(例如：电机节能设备、水处理节能设备)进行船型与推进系统的优化设计。水池的尺度和拖曳速度可容纳高速船(例如单体、多体、半滑行艇，滑行艇、表面效应船等)的大型、自推进船模试验。通过造波器产生的规则波和不规则波可检验船舶耐波性和舒适性。

请参阅图1所示，为现有技术提供的拖车式船模试验池示意图。船模通过刚性支撑杆与拖车连接，船模的运动均由拖车驱动，拖车上设置有阻力仪，拖车通过滑动电弓和滑线连接，但由于刚性支撑杆的重量，会对船模产生一个向下的压力，使得船模的姿态无法明显地随着波浪的变化而变化，导致测试数据存在误差。

近年来，绳牵引并联机构以其精度高、承载力大、干扰小、重量轻以及惯性小等优点，在医疗康复、重物装卸、海底打捞、航空风洞试验等方面得到了实际应用，和上述应用领域不同的是，在进行船模阻力试验时，船模除了受到空气阻力，更多的受力来自于水流阻力和浮力，流体对船模的复杂作用效应，增加了绳长和绳拉力的控制难度；此外，船模阻力试验要求航行过程中控制船模姿态不变。综上所述，船模拖曳水池试验过程中使用的绳牵引支撑机构对绳长控制及船模姿态控制精度均提出了更高的要求。

目前绳牵引并联机构在其应用领域内均只针对绳长或姿态轨迹的控制精度单独展开研究。例如文献“万晓正.平面绳牵引并联机构的控制研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2010”建立了基于DSPACE(Digital Space，数字空间)的三自由度平面绳牵引机器人的仿真平台，上位机采用DSPACE半物理仿真平台，下位机采用Atmegal128单片机，采用力/位并行闭环控制方法实现了机器人的三自由度运动。文献“李世华.五自由度并联机器人机构控制研究[D].江苏：江苏大学，2007”搭建了由计算机、固高控制卡、无刷直流电动机及驱动器、角位移传感器等组成的五自由度并联机器人试验平台，采用模糊控制算法实现机器人的五自由度运动。

但是上述两种控制方法均用于无外力干扰下的运动控制，也没有考虑到绳牵引并联机构中绳索为柔性情况下的精度控制，上述机器人的自由度运动控制和船模的阻力试验场景具有很大差别，船模除了受到空气阻力，更多的受力来自于水流阻力和浮力，流体对船模的复杂作用效应致使上述绳牵引并联机构应用于船模拖曳水池试验时无法实现绳长控制以及船模姿态角控制的精确度，目前尚未给出绳牵引并联机构应用于船模拖曳水池试验时的船模控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性六自由度绳牵引的船模水池试验控制方法和系统，用于在绳牵引并联机构应用于船模拖曳水池试验时对船模进行精确控制。

为了达到上述目的，本发明采用这样的如下技术方案：

一方面，本发明提供一种柔性六自由度绳牵引的船模水池试验控制方法，船模由电动拖车使用绳牵引并联支撑机构进行牵引运动，所述船模水池试验控制方法包括：