【正文】 的控制方式1．有兩個(gè)或兩個(gè)以上的被控對(duì)象（2） 按控制信號(hào)的變化規(guī)律分類（見(jiàn)表42）表42按控制信號(hào)分類類型定義特點(diǎn)程序控制給定信號(hào)按一定規(guī)律變化受外界條件影響，系統(tǒng)的輸出按預(yù)定規(guī)律變化恒值控制控制系統(tǒng)的給定信號(hào)不發(fā)生變化，是恒定值在外界干擾作用下，系統(tǒng)輸出仍基本保持為常量伺服控制控制系統(tǒng)的給定信號(hào)根據(jù)實(shí)時(shí)需求，可按任意函數(shù)變化（3） 按有無(wú)檢測(cè)環(huán)節(jié)分類（見(jiàn)表43）表43按有、無(wú)檢測(cè)環(huán)節(jié)分類類型定義特點(diǎn)開(kāi)環(huán)控制1. 依據(jù)時(shí)間、條件、邏輯等順序決定被控制對(duì)象的運(yùn)行步驟2. 無(wú)檢測(cè)裝置1. 無(wú)法測(cè)出和補(bǔ)償被控對(duì)象的工作誤差2. 控制精度不高閉環(huán)控制1. 檢測(cè)裝置安放在被控對(duì)象的輸出位置2. 有檢測(cè)環(huán)節(jié)1. 控制精度高2. 采用了反饋和誤差補(bǔ)償技術(shù)半閉環(huán)控制1. 從整個(gè)系統(tǒng)某一傳動(dòng)環(huán)節(jié)處檢測(cè)1. 精度在開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制之間根據(jù)前文胎架的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，在本設(shè)計(jì)當(dāng)中，胎架通過(guò)蝸輪蝸桿傳動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)支柱的型值。根據(jù)上述控制系統(tǒng)按主控元件類型和能源性質(zhì)的分類，以及胎架控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，控制系統(tǒng)需要能使胎架實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制，顯然液壓控制和氣動(dòng)控制均不可行，選擇電氣控制作為胎架的控制方法。由于胎架控制過(guò)程一步到位，危險(xiǎn)程度較低，同時(shí)，不用執(zhí)行反饋環(huán)節(jié)，選擇開(kāi)環(huán)電氣控制系統(tǒng)。電氣控制系統(tǒng)使用電動(dòng)機(jī)作為電氣執(zhí)行元件，電機(jī)主要有直流伺服電動(dòng)機(jī)、交流伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)三種，它們的主要特點(diǎn)[2021]以及應(yīng)用見(jiàn)表44。表44各類控制電機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用類型特點(diǎn)應(yīng)用直流伺服電動(dòng)機(jī)1. 響應(yīng)速度快2. 體積小、重量輕3. 控制精度高4. 電刷與換向器需要維護(hù)1. 數(shù)控機(jī)械2. 機(jī)器人3. 計(jì)算外圍設(shè)備4. 計(jì)測(cè)機(jī)械交流伺服電動(dòng)機(jī)1. 直流伺服電機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)2. 電流的激勵(lì)分量和轉(zhuǎn)矩分量可分別控制1. 數(shù)控機(jī)械2. 機(jī)器人步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1. 轉(zhuǎn)角與控制脈沖數(shù)一一對(duì)應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制2. 有定位轉(zhuǎn)矩3. 可構(gòu)成廉價(jià)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)1. 數(shù)控機(jī)械2. 計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備3. 辦公機(jī)械由于胎架數(shù)目眾多，考慮到制造成本及生產(chǎn)成本，因此，電氣系統(tǒng)的執(zhí)行元件選擇使用成本較低的步進(jìn)電機(jī)。（1）步進(jìn)電機(jī)的工作原理步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的執(zhí)行件[21]。通過(guò)控制脈沖的頻率、數(shù)目以及電機(jī)繞組的通電順序控制電機(jī)的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。用計(jì)算機(jī)很容易實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)環(huán)數(shù)字控制。（2）步進(jìn)電機(jī)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為了使步進(jìn)電機(jī)正常工作，一般將步進(jìn)電機(jī)硬件系統(tǒng)分為四個(gè)模塊，見(jiàn)圖41。在本設(shè)計(jì)當(dāng)中，使用計(jì)算機(jī)作為控制中心，步進(jìn)電機(jī)要進(jìn)行的所有動(dòng)作都可以通過(guò)計(jì)算機(jī)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)；使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器作為脈沖轉(zhuǎn)換裝置，驅(qū)動(dòng)器將接受到的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，使得電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；使用步進(jìn)電機(jī)控制器作為脈沖發(fā)生裝置，它能夠發(fā)出均勻的脈沖信號(hào)。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)工作原理，設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)見(jiàn)圖42。圖41硬件模塊圖42步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)（3）步進(jìn)電機(jī)控制軟件設(shè)計(jì)概述在本設(shè)計(jì)中，控制系統(tǒng)所要達(dá)到的最終目標(biāo)是：根據(jù)船體分段外板型值圖，計(jì)算出每個(gè)胎架需要調(diào)節(jié)的行程，將每個(gè)胎架支柱調(diào)節(jié)到要求的型值。按照這一目標(biāo)簡(jiǎn)要的設(shè)計(jì)控制程序思路，具體設(shè)計(jì)見(jiàn)圖43。圖43控制程序思路本設(shè)計(jì)中，胎架的控制系統(tǒng)選用了開(kāi)環(huán)控制，由計(jì)算機(jī)—步進(jìn)電機(jī)控制器—步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器—步進(jìn)電機(jī)組成。考慮到胎架的整體制造成本以及生產(chǎn)成本，在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)具體方案時(shí)，設(shè)計(jì)了兩種解決方案，其特點(diǎn)見(jiàn)表45。表45胎架的控制方案序號(hào)概述優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)方案一1. 每個(gè)胎架對(duì)于一組步進(jìn)電機(jī)以及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2. 所有胎架共用一個(gè)部件電機(jī)控制器1. 降低成本2. 節(jié)約空間方案二1. 每一個(gè)胎架支柱對(duì)于一組部件電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和控制器1. 可以完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制、布線較多方案一需要進(jìn)行一次性投入大量的人力和物力來(lái)進(jìn)行建造，但是一次性投資會(huì)為在之后的生產(chǎn)中節(jié)約大量工時(shí)、人力，此外，還能縮短建造周期，減少材料浪費(fèi)，提高造船精度，適用于生產(chǎn)實(shí)力較為雄厚的大型船廠；方案二前期投入少于方案一，但半自動(dòng)化控制的生產(chǎn)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于通過(guò)手工調(diào)節(jié)胎架，適用于生產(chǎn)能力相對(duì)較為薄弱的中小型船廠。具體選擇方案一或是方案二，需要根據(jù)造船企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)能力、生產(chǎn)條件以及生產(chǎn)環(huán)境等決定。本章初步設(shè)計(jì)了胎架的控制系統(tǒng)，將之分為硬件系統(tǒng)和控制程序兩個(gè)部分，進(jìn)行設(shè)計(jì)。選擇電氣控制系統(tǒng)作為胎架的控制系統(tǒng)，其執(zhí)行元件選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)了步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成部分。然后，提出設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的軟件部分的程序編寫思路。第5章總結(jié)與展望本文總結(jié)了目前船舶企業(yè)現(xiàn)用通用胎架的現(xiàn)狀，分析了現(xiàn)有胎架的特性，得出結(jié)論：目前，通用胎架存在操作性較差、使用成本高昂、未實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制等問(wèn)題。為解決上述問(wèn)題，根據(jù)目前船舶行業(yè)對(duì)通用胎架新的功能需求以及胎架的技術(shù)要求，提出了一種新的胎架設(shè)計(jì)方案——手自一體柔性胎架。在綜合考慮各項(xiàng)要求之后，本文選擇蝸輪、蝸桿、絲杠作為胎架主體的主要元件。由蝸桿提供動(dòng)力，帶動(dòng)蝸輪，再通過(guò)蝸輪內(nèi)的螺紋推動(dòng)絲杠進(jìn)行上下直線運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。此類傳動(dòng)方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易、操作方便、成本少、污染低等優(yōu)點(diǎn)。此后，分三個(gè)方面對(duì)胎架進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括胎架的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與穩(wěn)定性分析和胎架控制系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)。本文根據(jù)胎架的功能需求，在確定了總體設(shè)計(jì)方案后，對(duì)胎架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。按胎架的功能將，胎架分為兩個(gè)部分：執(zhí)行機(jī)構(gòu)和支撐機(jī)構(gòu)，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括：絲杠、蝸輪、蝸桿。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，首先，根據(jù)給定的胎架額定工作承載能力（初定30000N），計(jì)算出絲杠的幾何尺寸。然后，對(duì)蝸輪蝸桿進(jìn)行設(shè)計(jì)，選擇蝸桿的類型，計(jì)算蝸桿與蝸輪的具體參數(shù)。設(shè)計(jì)完執(zhí)行機(jī)構(gòu)之后，對(duì)與之相對(duì)應(yīng)的支撐機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式以及具體的幾何尺寸，本文將支撐機(jī)構(gòu)分為三個(gè)部分分別行設(shè)計(jì)：下立柱、箱體、上立柱。此外，為提高胎架的通用性，本文，專門設(shè)計(jì)了一種柔性止推螺母。止推螺母上可以按照套筒，以方便調(diào)節(jié)胎架的高度。為解決胎架與分段船體之間點(diǎn)接觸不穩(wěn)定的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了支撐活絡(luò)頭，實(shí)現(xiàn)了胎架與船體分段的面接觸，改善胎架支柱與分段外板接觸狀態(tài)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成之后，為保證胎架在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性，對(duì)胎架進(jìn)行了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及穩(wěn)定性校核。計(jì)算胎架能承受的極限壓力與最大側(cè)向力，并根據(jù)給定的胎架額定工作承載能力（初定30000N）對(duì)胎架進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)證。如若不滿足要求，提出解決方案并采取相應(yīng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的措施。在經(jīng)過(guò)公式計(jì)算驗(yàn)證之后，還使用有限元分析軟件對(duì)模型進(jìn)行模擬分析，從另一方面對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行穩(wěn)定性校核。本文在最后對(duì)胎架的控制系統(tǒng)進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)?？紤]胎架控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，控制系統(tǒng)需要能使胎架實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制，選擇電氣控制作為胎架的控制方法。將控制系統(tǒng)分為硬件系統(tǒng)和控制程序兩個(gè)部分，分別設(shè)計(jì)。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，選用了計(jì)算機(jī)—步進(jìn)電機(jī)控制器—步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器—步進(jìn)電機(jī)組成的開(kāi)環(huán)控制系太控制胎架支柱的型值；在軟件設(shè)計(jì)部分，提出了的程序編寫思路。總的來(lái)看，這種控制系統(tǒng)不僅能滿足胎架控制需求，而且安全性好，工作效率高。限于研究條件與作者的研究水平，本文的研究?jī)?nèi)容有不少欠缺的地方。（1）研究的重點(diǎn)在胎架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，對(duì)胎架的控制系統(tǒng)僅僅提出了初步設(shè)計(jì)，并沒(méi)有提出具體的執(zhí)行方案；（2）受到條件和時(shí)間的限制，本文未對(duì)制作出胎架實(shí)物，對(duì)其進(jìn)行實(shí)物模型驗(yàn)證。在今后的研究當(dāng)中，研究的重點(diǎn)將放在胎架的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及胎架的實(shí)物功能驗(yàn)證兩個(gè)方面。參考文獻(xiàn)[1] 柳存根, 高鵬. 數(shù)字化造船與現(xiàn)代造船模式[J]. 微機(jī)型與應(yīng)用, 2007, 26(9): 6469.[2] Hongtae Klm, JongKap Lee, JlnHyoung Park, et al. Applying Digital Manufacturing Technology to Ship Production and the Maritime Environment[J]. Integrated Manufacturing Systems, 2002, 13(5): 295305[3]何開(kāi)平，李佳林，[P]，中國(guó)專利：，20131031.[4][P]，中國(guó)專利：，20111026.[5]袁 萍，徐紅昌，[J].船舶工程，2014，3(36)：9598.[6][P]，中國(guó)專利：，20110307.[7][P]，中國(guó)專利：，20140221.[8] 佘建國(guó)，顧永鳳. 基于中心制造船的柔性胎架分析與設(shè)計(jì)[J]. 艦船科學(xué)技術(shù)，2008，1(30)120123.[9]陳強(qiáng)，［J］.中國(guó)造船，(3):517.[10]佘建國(guó)，顧永鳳， Pro/Mechanic 的柔性胎架結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J]. 造船技術(shù)，2008( 2) :33 36．[11][M].北京: 人民交通出版社，2000．[12]江偉歡，程良倫. 水火彎板運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究[J]. 機(jī)床與液壓，2009，37( 10) : 181 184．[13]Morinobu Ishiyama，Yoshihiko Tango． Advanced Line Heating Process for Hull Steel Assembly[J]. Journal of Ship Production，2000，16( 2) : 121 132．[14]上海船舶工藝研究所. 一種用于鋼板曲面成形設(shè)備的支撐裝置: 中國(guó)，CN200720070997. 3[P]. 2008 528．[15]上海船舶工藝研究所. 一種鋼板曲面成形的支撐方法:中國(guó)，CN200710041900. 0[P]. 200812 17．[16]徐紅昌. 數(shù)控胎架設(shè)計(jì)研究[D]. 武漢: 武漢理工大學(xué)，2012．[17]江偉歡，程良倫. 水火彎板運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究[J]. 機(jī)床與液壓，2009，37( 10) : 181184．[18]陳典，程良倫. 支柱式數(shù)字胎架控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù). 2013(11):8084．[19]榮盤祥，何志軍步進(jìn)電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2009，13(2):272275[20]李國(guó)厚,步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]煤礦機(jī)械，2008，29(2):114116[21]敬嵐,朱海君,張碩成,喬衛(wèi)民,梁義海,步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用[J].核技術(shù)，2005，28（6）：479482.53