[发明专利]具有三自由度主动波浪补偿功能的吊机装置及补偿方法

说明书

本发明公开一种船舶领域中具有三自由度主动波浪补偿功能的吊机装置及补偿方法，圆形静平台的正上方是圆形动平台，圆形静平台和圆形动平台之间连接沿圆周方向均匀布置的三个伺服缸，每个伺服缸上各装有一个线位移传感器，吊机最下方是与圆形动平台固联的立柱，立柱上端通过销轴与吊臂的旋转端连接，吊臂的旋转端固定设有液压马达，液压马达上设置角位移传感器；通过姿态传感器测量运动姿态值，运动控制器根据运动姿态值求出三个伺服缸和一个液压马达的运动值，运动值的相反值即是补偿值，由三个伺服缸实现对船舶横摇、纵摇的实时补偿，由液压马达实现对升沉的实时补偿，能够在恶劣的海况下安全高效地执行吊装任务。

技术领域

本发明属于船舶领域，具体是具有波浪补偿功能的船用吊机装置。

背景技术

船用吊机装置是海洋平台等远洋设备的后勤补给装置，对于海上后勤补给作业，补给装置是最重要的组成部分。由于风浪的影响，海上作业的船舶会随着海浪进行无规律的摇摆，严重影响了海上补给效率并存在较大的安全隐患。因此，必须对海上补给装置进行波浪补偿，以提高海上吊装的工作效率和安全系数。

波浪补偿分为主动波浪补偿和被动波浪补偿。主动波浪补偿是指通过各种传感器检测出船舶由波浪引起的横摇、纵摇和升沉等参数，然后根据补偿量控制伺服缸和液压马达的工作对船舶的摇摆进行补偿；被动波浪补偿是通过在原有设备中增加补偿装置进行补偿。在主动补偿的设备中，稳定平台对横摇和纵摇的补偿效果较好，对升沉的补偿效果较差，如果利用稳定平台补偿较大范围的升沉变化，需要很长的伺服缸，增加了成本、降低了稳定性。有些通用主动升沉补偿吊机只能对船舶的升沉进行补偿，无法对船舶的横摇和纵摇实施补偿。

发明内容

本发明旨在提供一种基于三自由度并联稳定平台的具有主动波浪补偿功能的吊机装置及主动波浪补偿方法，能够实现对由风浪引起船舶的横摇、纵摇和升沉进行实时补偿，同时平稳有效地执行吊装任务。

为达到上述目的，本发明具有三自由度主动波浪补偿功能的吊机装置采用的技术方案是：包含下方的稳定平台和上方的吊机，稳定平台最下方是圆形静平台，圆形静平台的正上方是圆形动平台，圆形静平台和圆形动平台之间连接沿圆周方向均匀布置的三个伺服缸，每个伺服缸上各装有一个线位移传感器，每个伺服缸的下端分别通过一个第一万向节与圆形静平台相连，每个伺服缸上端分别通过一个第二万向节与圆形动平台相连；吊机最下方是与圆形动平台固联的立柱，立柱上端通过销轴与吊臂的旋转端连接，立柱与吊臂中间段之间连接支撑伺服缸，吊臂的旋转端固定设有液压马达，液压马达上设置角位移传感器，钢丝绳的一端与液压马达连接，另一端跨过吊臂的自由端后向下延伸连接所吊重物；方形滑块支撑柱下端固定连接圆形静平台正中间、上端通过第三万向节与圆形动平台正中间相连，紧靠方形滑块支撑柱旁侧的圆形静平台上设置姿态传感器，姿态传感器连接运动控制器；液压马达、支撑伺服缸和所述三个伺服缸各自分别依次连接对应的电液伺服阀、功率放大器、D/A模块后再连接运动控制器，角位移传感器、三个线位移传感器各自分别经对应的A/D模块后连接运动控制器。

本发明具有三自由度主动波浪补偿功能的吊机装置的波浪补偿方法采用的技术方案是包含有以下步骤：

A、通过姿态传感器测量运动姿态值，将测得的运动姿态值传输给运动控制器，运动控制器根据运动姿态值求出三个伺服缸和一个液压马达的运动值分别为、、和，、、和的相反值即是补偿值；

B、运动控制器控制三个电液伺服阀分别以补偿值、、的模拟电信号输出相应的流量和压力，分别控制三个伺服缸伸缩和摇摆，补偿横摇和纵摇，运动控制器控制液压马达以补偿值运动，实时补偿船舶的升沉。

进一步地，三个位移传感器分别测量出三个伺服缸的位移值，角位移传感器测量出液压马达的旋转角度，将位移值和旋转角度值反馈给运动控制器，运动控制器求出四个运动控制偏差和，根据四个运动控制偏差分别对三个伺服缸和一个液压马达进行闭环控制。