[发明专利]船用起重机自动控制实验系统

权利要求书

1.一种船用起重机自动控制实验系统，其特征在于包括起重机模拟装置、船体运动模拟装置、运动状态测量装置以及控制系统；其中，

起重机模拟装置，是整个系统的被控主体，用于模拟真实起重机的运动特性，包括；起重机吊臂的俯仰运动与回转运动，以及负载的升降与摆动；

船体运动模拟装置，作为起重机模拟装置的工作环境，用于模拟真实船体在海上工作时的运动状况，包括船体的升降和倾斜；所述的船体运动模拟装置包括翻转支撑板(20)，翻转支撑板(20)下表面两侧的安装脚分别通过翻转轴(21)与翻转支架(22)铰接，两个翻转支架(22)固定在升降支撑板(24)上，翻转支撑板(20)位于两个翻转支架(22)连线的一侧上设置有滑轨(35)，滑杆(29)可在滑轨(35)上自由滑动，滑杆(29)的下端通过转轴(25)与螺母套(30)的上端铰接，螺母套(30)与螺杆(31)螺纹连接，螺杆(31)的下端与固定于升降支撑板(24)上的翻转伺服电机(28)的输出轴连接，螺杆(31)可发生转动，从而进一步驱动螺母套(30)产生升降运动，进而撑起翻转支撑板(20)的一侧并使其绕着翻转轴(21)发生翻转倾斜运动，升降伺服电机(23)固定在升降支撑板(24)上，升降螺杆(33)与升降伺服电机(23)的输出轴固定并与底层板(26)上固定的螺母(32)配合，底层板(26)由底层支柱(34)支撑于地面上，当升降伺服电机(23)驱动升降螺杆(33)并使其发生旋转运动时，使升降支撑板(24)产生升降运动，固接于升降支撑板(24)下表面上的同步滑杆(27)穿过底层板(26)上的导向定位孔，并可在导向定位孔中自由上下运动，其主要目的是为了确保实际操作过程中升降支撑板(24)的各个部位都同步上升；

运动状态测量装置，用于测量起重机和船体运动模拟装置的实时运动状态信号，并发送给控制系统作为反馈信号；所述的运动状态测量装置中，吊臂的俯仰角φ由俯仰伺服电机(11)的内置编码器测量，吊臂的回转角由回转伺服电机(15)的内置编码器测量，吊绳长度l由卷绳伺服电机(12)的内置编码器测量，船体翻转角α由翻转伺服电机(28)的内置编码器测量，船体上升高度h由升降伺服电机(23)的内置编码器测量，负载的空间径向摆角θ₁和切向摆角θ₂由中空式旋转编码器(3)和两个弓形架(4)组成的摆角测量装置共同测量，其中，中空式旋转编码器(3)安装于吊臂(2)的前端上，两个弓形架正交摆放且旋转轴位于同一平面，两个弓形架的旋转轴一端与中空式旋转编码器(3)的轴端固接，另一端与吊臂末端上的圆环(37)或旋转孔相连接配合，弓形架可绕自身旋转轴自由转动，两个半圆形的弓形架的圆心重合，并且与吊绳的定位圆孔(36)重合，定位圆孔(36)所在的位置也就是吊绳的起摆点；

控制系统，用于实时处理各类反馈信号，合成相应的控制输入并发送至相应装置中的伺服电机，从而使得起重机模拟装置和/或船体运动模拟装置产生期望的运动；所述控制系统包括数据采集卡和在Windows 7或Windows xp系统下运行的上位机，其中，数据采集卡用于采集所述运动状态测量装置中测量的各种运动状态信号，然后将这些信号传到上位机，在基于MATLAB软件中RTW(Real Time Workshop)模块的实时环境下，根据预先设定好的控制器合成相应的控制输入，最终，这些控制输入还将由上位机通过数据采集卡传送到起重机模拟装置和/或船体运动模拟装置中，产生相应的控制动作。

2.根据权利要求1所述的船用起重机自动控制实验系统，其特征在于所述的起重机模拟装置包括吊臂(2)，吊臂(2)上安装有布线滑轮(1)，布线滑轮的功能是作为吊绳(5)的排布线路，吊绳(5)的末端为负载(6)，吊臂(2)与俯仰转轴(18)固定并安装于俯仰电机安装架(10)上，俯仰转轴(18)由俯仰电机安装架(10)上安装的俯仰伺服电机(11)驱动并产生转动运动，从而带动吊臂(2)产生俯仰运动，在吊臂(2)的尾端固定有卷绳电机安装架(13)，在卷绳电机安装架(13)上安装有卷绳伺服电机(12)和传动轴(19)，传动轴(19)上安装有卷绳轮(17)，吊绳(5)的起始端固定在卷绳轮(17)上，通过卷绳轮(17)的转动牵引吊绳(5)产生长度变化即负载的升降，俯仰电机安装架(10)安装于回转支撑板(16)上，止推轴承(8)的上片与回转支撑板(16)固接，止推轴承(8)的下片与支撑板(7)固接，回转伺服电机(15)通过回转电机安装架(14)与支撑板(7)固接，回转伺服电机(15)的电机轴则与回转支撑板(16)固接并带动其转动，支撑板(7)下面安装有起重机支撑柱(9)；所述起重机模拟装置通过支撑柱(9)固定安装在船体运动模拟装置上。