[發明專利]一種主動式波浪補償控制系統

無效

• 申請號: 200910044705.2
• 申請日: 2009-11-06
• 公開（公告）號: CN101713982A
• 公開（公告）日: 2010-05-26
• 發明（設計）人: 董睿;陶利民;陳仲生;陳循;胡永攀;徐小軍;李岳;何平
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于船舶海上補給時的波浪補償控制系統，特別提供一種三自由度的主動式波浪補償控制系統。

背景技術

船舶在海上航行或作業時，消耗的物資需要在海上得到不間斷的補給。在有風浪的情況下，海浪的起伏會引起補給船和被補給船之間的相對運動。如果使用常規的船用起重機進行海上補給時，可能會因為沖擊和碰撞引發嚴重事故。波浪補償系統就是針對海上補給提出的，它通過控制執行機構補償兩船的相對運動，實現物資的安全吊裝補給。因此，波浪補償系統對提高海上補給作業的安全性、高效性和可靠性具有重要意義和應用價值。

波浪使船舶上下運動，引起吊繩上載重的變化。根據補償環節發生在載重變化的前后順序，波浪補償控制系統主要劃分為被動式和主動式兩大類。被動式補償控制系統是在載重發生變化后，根據載重的變化大小來調節控制參數，載重變化通常是總載重的8％～12％，因此控制系統體積比較龐大、操作和維護相對復雜，對操作人員的技能要求高。而主動式補償控制系統根據兩船的相對運動參數來調節控制參數，載重變化通常是總載重的1％～2％，因此控制系統體積小、智能化程度高、操作容易，是波浪補償控制系統的重要發展方向。

目前，國內針對波浪補償控制系統的研究主要集中在被動式補償方式，比如氣液混合型補償系統、隨動補償系統，缺乏主動式補償系統的研制，而國外主動式補償系統主要采用反饋控制。由于海浪運動隨機性強，導致單純的反饋控制難以提高補償精度。如果能夠提前預測海浪的運動，則可以大大提高補償精度。為此，迫切需要一種反饋控制和預測前饋控制相結合的新型主動式波浪補償控制系統。

發明內容

本發明提供一種船舶海上補給時可以明顯提高波浪補償速度和精度的主動式波浪補償控制系統。

本發明的主動式波浪補償控制系統，包括船舶運動參數檢測模塊、DSP控制模塊和執行模塊；其中運動參數檢測模塊包括加速度傳感器、傾角傳感器、第一旋轉編碼器、第二旋轉編碼器以及信號調理電路，執行模塊包括主、副液壓伺服系統和差動式行星傳動卷揚機；所述加速度傳感器、傾角傳感器用于檢測船舶運動參數并通過信號調理電路輸入DSP控制模塊，第一旋轉編碼器、第二旋轉編碼器分別檢測主、副液壓伺服系統的馬達轉速，并通過信號調理電路輸入DSP控制模塊計算重物的下放速度，DSP控制模塊向主、副液壓伺服系統輸出控制信號，由主、副液壓伺服系統控制差動式行星傳動卷揚機吊放重物。

本發明的主動式波浪補償控制系統，包括如下過程：傳感器檢測兩船和重物的運動參數，控制模塊根據這些實時運動參數數據計算補償的速度大小，產生相應控制信號作用在主液壓伺服系統上進行反饋控制；同時，控制模塊根據實時運動參數數據對船舶未來短期內的運動參數進行主動預測，計算出補償速度的修正量，產生相應控制信號作用在副液壓伺服系統上進行前饋控制；反饋控制的補償速度和前饋控制的修正補償速度通過差動式行星傳動卷揚機完成速度的合成，實現對吊繩的控制，保持重物下放與被補給船之間的相對速度恒定，最終完成主動式波浪補償功能。

本發明具有如下特點：一是反饋控制和前饋控制方式相結合；二是通過檢測和預測船舶的運動參數實現重物下放速度的主動式補償；三是利用傾角傳感器將船舶橫傾和縱傾運動轉化為升沉方向的運動，實現橫傾、縱傾和升沉三個自由度的波浪補償；四是利用差動式行星傳動卷揚機實現反饋控制和前饋控制的速度合成。

附圖說明

圖1是本發明控制系統示意圖。

圖2是本發明速度補償控制基本過程。

圖3是本發明硬件設計框圖。

圖4是本發明中橫傾和縱傾運動引起的升沉方向速度示意圖。

圖5是本發明中傾角傳感器與DSP連接示意圖。

圖6是本發明中旋轉編碼器與DSP連接示意圖。

圖7是本發明控制系統結構框圖。

圖8是本發明中模糊PID控制示意圖。

圖9、圖10分別是本發明中模糊控制量隸屬度函數示意圖。

圖11是本發明中差動式行星輪系示意圖。

具體實施方式