[发明专利]一种主动式波浪补偿控制系统

说明书

技术领域

本发明属于船舶海上补给时的波浪补偿控制系统，特别提供一种三自由度的主动式波浪补偿控制系统。

背景技术

船舶在海上航行或作业时，消耗的物资需要在海上得到不间断的补给。在有风浪的情况下，海浪的起伏会引起补给船和被补给船之间的相对运动。如果使用常规的船用起重机进行海上补给时，可能会因为冲击和碰撞引发严重事故。波浪补偿系统就是针对海上补给提出的，它通过控制执行机构补偿两船的相对运动，实现物资的安全吊装补给。因此，波浪补偿系统对提高海上补给作业的安全性、高效性和可靠性具有重要意义和应用价值。

波浪使船舶上下运动，引起吊绳上载重的变化。根据补偿环节发生在载重变化的前后顺序，波浪补偿控制系统主要划分为被动式和主动式两大类。被动式补偿控制系统是在载重发生变化后，根据载重的变化大小来调节控制参数，载重变化通常是总载重的8％～12％，因此控制系统体积比较庞大、操作和维护相对复杂，对操作人员的技能要求高。而主动式补偿控制系统根据两船的相对运动参数来调节控制参数，载重变化通常是总载重的1％～2％，因此控制系统体积小、智能化程度高、操作容易，是波浪补偿控制系统的重要发展方向。

目前，国内针对波浪补偿控制系统的研究主要集中在被动式补偿方式，比如气液混合型补偿系统、随动补偿系统，缺乏主动式补偿系统的研制，而国外主动式补偿系统主要采用反馈控制。由于海浪运动随机性强，导致单纯的反馈控制难以提高补偿精度。如果能够提前预测海浪的运动，则可以大大提高补偿精度。为此，迫切需要一种反馈控制和预测前馈控制相结合的新型主动式波浪补偿控制系统。

发明内容

本发明提供一种船舶海上补给时可以明显提高波浪补偿速度和精度的主动式波浪补偿控制系统。

本发明的主动式波浪补偿控制系统，包括船舶运动参数检测模块、DSP控制模块和执行模块；其中运动参数检测模块包括加速度传感器、倾角传感器、第一旋转编码器、第二旋转编码器以及信号调理电路，执行模块包括主、副液压伺服系统和差动式行星传动卷扬机；所述加速度传感器、倾角传感器用于检测船舶运动参数并通过信号调理电路输入DSP控制模块，第一旋转编码器、第二旋转编码器分别检测主、副液压伺服系统的马达转速，并通过信号调理电路输入DSP控制模块计算重物的下放速度，DSP控制模块向主、副液压伺服系统输出控制信号，由主、副液压伺服系统控制差动式行星传动卷扬机吊放重物。

本发明的主动式波浪补偿控制系统，包括如下过程：传感器检测两船和重物的运动参数，控制模块根据这些实时运动参数数据计算补偿的速度大小，产生相应控制信号作用在主液压伺服系统上进行反馈控制；同时，控制模块根据实时运动参数数据对船舶未来短期内的运动参数进行主动预测，计算出补偿速度的修正量，产生相应控制信号作用在副液压伺服系统上进行前馈控制；反馈控制的补偿速度和前馈控制的修正补偿速度通过差动式行星传动卷扬机完成速度的合成，实现对吊绳的控制，保持重物下放与被补给船之间的相对速度恒定，最终完成主动式波浪补偿功能。

本发明具有如下特点：一是反馈控制和前馈控制方式相结合；二是通过检测和预测船舶的运动参数实现重物下放速度的主动式补偿；三是利用倾角传感器将船舶横倾和纵倾运动转化为升沉方向的运动，实现横倾、纵倾和升沉三个自由度的波浪补偿；四是利用差动式行星传动卷扬机实现反馈控制和前馈控制的速度合成。

附图说明

图1是本发明控制系统示意图。

图2是本发明速度补偿控制基本过程。

图3是本发明硬件设计框图。

图4是本发明中横倾和纵倾运动引起的升沉方向速度示意图。

图5是本发明中倾角传感器与DSP连接示意图。

图6是本发明中旋转编码器与DSP连接示意图。

图7是本发明控制系统结构框图。

图8是本发明中模糊PID控制示意图。

图9、图10分别是本发明中模糊控制量隶属度函数示意图。

图11是本发明中差动式行星轮系示意图。

具体实施方式