[發(fā)明專利]深水安裝升沉補償反饋控制系統(tǒng)在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201811097522.2 | 申請日： | 2018-09-20 |
| 公開（公告）號： | CN109917643A | 公開（公告）日： | 2019-06-21 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 武云霞 | 申請（專利權(quán)）人： | 青島農(nóng)業(yè)大學(xué) |
| 主分類號： | G05B13/04 | 分類號： | G05B13/04 |
| 代理公司： | 北京匯捷知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11531 | 代理人： | 李宏偉 |
| 地址： | 266109 山*** | 國省代碼： | 山東;37 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 吊放 纜繩 重物 反饋控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng) 升沉補償 無模型自適應(yīng)控制器 計算機控制系統(tǒng) 絞車 機械執(zhí)行系統(tǒng) 升沉補償系統(tǒng) 液壓驅(qū)動系統(tǒng) 旋轉(zhuǎn)編碼器 張力傳感器 非接觸式 檢測系統(tǒng) 檢測信號 控制功能 控制算法 起重吊點 升沉運動 收放運動 數(shù)學(xué)模型 水下平臺 相對靜止 運動信號 張力補償 主動補償 偏差量 母船 運算 下放 反饋 檢測 保證 | ||
本發(fā)明公開了深水安裝升沉補償反饋控制系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、液壓驅(qū)動系統(tǒng)和機械執(zhí)行系統(tǒng)；首先檢測母船的運動信號，求得起重吊點的升沉運動信號，由安裝在絞車上的旋轉(zhuǎn)編碼器和安裝在纜繩上的非接觸式張力傳感器分別測得的吊放重物實際升沉速度和纜繩的實際張力值，把所有的檢測信號傳送到計算機控制系統(tǒng)，通過升沉補償系統(tǒng)無模型自適應(yīng)控制器數(shù)學(xué)模型，控制系統(tǒng)運算得出反饋偏差量，并按給定的控制算法控制絞車的收放運動，進行速度和張力補償，使吊放重物以相對靜止的速度、下放到水下平臺，并保證纜繩張力在一定范圍內(nèi)。本發(fā)明的有益效果是能夠?qū)崿F(xiàn)吊放重物在垂直方向上的主動補償控制功能。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于船舶制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種深水安裝升沉補償反饋控制系統(tǒng)及算法。
背景技術(shù)
深水安裝升沉補償系統(tǒng)是一個大慣量非線性系統(tǒng)，存在大滯后問題，采用常規(guī)的反饋控制很難取得理想的控制效果。為了提高系統(tǒng)的補償精度和解決大慣量系統(tǒng)的滯后問題，本文采用了母船升沉運動預(yù)報和主動控制相結(jié)合的控制策略對深水安裝升沉補償系統(tǒng)進行控制。母船起重吊點升沉運動預(yù)報在第五章已研究。
深水安裝主動式升沉補償控制系統(tǒng)的特點比較突出，第一，整個升沉補償系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大、復(fù)雜，并且存在機械摩擦等干擾因素，導(dǎo)致整個系統(tǒng)具有嚴(yán)重的非線性；第二，補償系統(tǒng)的補償響應(yīng)發(fā)生時刻提前于吊放重物發(fā)生變化的時刻，由于起重機械本身以及吊放重物的質(zhì)量都比較大，使整個系統(tǒng)具有很大的慣性力，導(dǎo)致響應(yīng)嚴(yán)重滯后。因此，在海況產(chǎn)生突變時，或者系統(tǒng)受到環(huán)境干擾等情況，控制系統(tǒng)的性能將受到挑戰(zhàn)，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)快速性、對起重裝置進行實時控制性以及控制系統(tǒng)對不同任務(wù)與環(huán)境的適應(yīng)性都要研究。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供深水安裝升沉補償反饋控制系統(tǒng)，本發(fā)明的有益效果是能夠?qū)崿F(xiàn)吊放重物在垂直方向上的主動補償控制功能，以削弱母船姿態(tài)運動對吊放重物垂向運動的影響，并把纜繩的張力控制在一定范圍內(nèi)。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是包括控制系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、液壓驅(qū)動系統(tǒng)和機械執(zhí)行系統(tǒng)；首先檢測母船的運動信號，求得起重吊點的升沉運動信號，由安裝在絞車上的旋轉(zhuǎn)編碼器和安裝在纜繩上的非接觸式張力傳感器分別測得的吊放重物實際升沉速度和纜繩的實際張力值，把所有的檢測信號傳送到計算機控制系統(tǒng)，通過升沉補償系統(tǒng)無模型自適應(yīng)控制器數(shù)學(xué)模型，控制系統(tǒng)運算得出反饋偏差量，并按給定的控制算法控制絞車的收放運動，進行速度和張力補償，使吊放重物以相對靜止的速度、下放到水下平臺，并保證纜繩張力在一定范圍內(nèi)。
進一步，控制系統(tǒng)由信號檢測系統(tǒng)、控制器處理單元及后置驅(qū)動系統(tǒng)三大功能模塊組成；信號檢測系統(tǒng)包括MRU運動參考單元、張力傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器和前置數(shù)據(jù)處理模塊；前置數(shù)據(jù)處理模塊用于對傳感器輸出的電壓及電流信號進行轉(zhuǎn)換、濾波，最終得到滿足控制器I/O端口要求的電流和電壓信號；信號檢測系統(tǒng)對下列信號進行檢測與處理：
1)母船姿態(tài)運動信號檢測
采集船舶姿態(tài)運動信號的方式多種多樣，利用MUR運動參考單元檢測工作母船的橫傾、縱傾、升沉加速度信號，通過積分得到速度信號，利用所得到的母船姿態(tài)運動信號通過坐標(biāo)變換求得起重吊點的升沉運動信號，作為控制系統(tǒng)的干擾信號；
2)補償反饋信號檢測
補償反饋信號是吊放重物的下放速度信號和纜繩張力信號，旋轉(zhuǎn)編碼器用于檢測液壓馬達轉(zhuǎn)速，由檢測出的液壓馬達轉(zhuǎn)速計算得到吊放重物實際的垂向運動速度，并與給定的速度信號進行比較，最終得到速度補償?shù)钠钚盘枺|繩的瞬時張力由張力傳感器檢測得到，并與給定張力值比較得到的張力偏差信號，控制纜繩的張力進行補償；
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