[发明专利]一种基于前馈PID控制算法的波浪补偿控制系统

说明书

本发明提出一种基于前馈PID控制算法的波浪补偿控制系统，该系统安装于行驶的舶上，包括：主动波浪补偿平台、三自由度运动平台、微惯导传感器和伺服控制器；主动波浪补偿平台采用六个带有位移传感器的驱动杆与上下台面通过胡克铰铰接形成并联结构；三自由度运动平台采用电液伺服控制器，微惯导传感器以获取运动物体线速度的微惯导元器件以及运动物体角速度的陀螺仪为核心，与主动波浪补偿平台相结合构成平台式惯导系统；伺服控制系统采用前馈PID控制算法；本发明装置以及控制算法，可以有效地代替现有波浪补偿装置，获得更加精确的坐标位置，以达到更加完善的补偿效果。

技术领域

本发明涉及一种主动式平台波浪补偿领域，特别涉及一种基于前馈PID控制算法的波浪补偿控制系统。

背景技术

船舶在海洋中作业，在波浪的作用下将会面临复杂的横摇、纵摇和升沉运动，严重影响船舶作业安全和精度，显然无法满足船舶稳定作业的需求。基于现代控制理论的控制算法虽然在实用性与技术性上有了很大突破，但操作困难，鲁棒性较低；而基于经典控制理论的控制算法技术成熟，单独使用却不能有效应对现有多变的工况。

公开号为CN 108216489A的中国专利“用于波浪行程补偿的方法和设备”公开了一种主动式波浪补偿方法和设备，但运用了额外的漂浮装置，漂浮装置的更换无疑增加了整个系统的成本。公开号为CN 107145070A的中国专利“一种用于高海况作业浮吊的模糊变结构波浪补偿方法”，引入了新型的模糊变结构PID控制算法，虽然提高了系统的快速响应性和鲁棒性，减少了模糊规则的数量，但是需要提前预报模糊输入，在复杂多变的海况中很难做到。公开号为CN 108454784A发的中国专利“一种波浪补偿机器人系统及其控制方法”，设计了一套包括机械臂、控制器、示教器以及封闭环境为主体的波浪补偿系统，运用钢丝绳进行补给。发明思路新颖但是介于船舶上有限的可利用空间，安装多套具有防腐蚀外壳的机器人系统可行性不大。

在船舶可利用空间有限，控制算法的精度、响应快慢和鲁棒性表征的约束下，需要发明轻量化、高精度、易操作的波浪补偿系统以达到海上作业的平稳和高效，具有十分重大的意义。

发明内容

本发明采用前馈PID控制算法，并引入惯性导航技术的主动波浪补偿系统。有效利用船舶上有限的空间，解决了以往系统控制算法响应缓慢的问题，达到给船舶在六个自由度上波浪补偿的目的。

本发明涉及的主动波浪补偿平台，基于经典的六自由度Stewart平台，由下平台，上平台，第四驱动杆，第五驱动杆，第六驱动杆，第七驱动杆，第八驱动杆和第九驱动杆构成，第一电液伺服阀，第一微惯导传感器，第二微惯导传感器。上、下台面的六个铰点分别与所述六个驱动杆相连形成驱动关节，所述驱动杆通过安装在所述下台面的所述电液伺服阀独立运动；由于所述驱动杆上装有所述高精度的位移传感器，由微惯导传感器采集到的补偿数据通过反解定理，从而给出所述各驱动杆伸缩量的位移值，从而达到对于船舶在横摇、纵摇和升沉三个方向上的运动补偿；所述下平台，作为基座，用螺栓与所述三自由度运动平台相连；所述上平台则用于补偿由波浪引起的六自由度运动。所述第四驱动杆，第五驱动杆，第六驱动杆，第七驱动杆，第八驱动杆和第九驱动杆，两端均与所述上、下台面用胡克铰连接，形成并联结构，且能各自独立运动；所述第四高精度位移传感器，用于接收所述第四驱动杆伸缩信号；所述第五高精度位移传感器，用于接收所述第五驱动杆伸缩信号；所述第六高精度位移传感器，用于接收所述第六驱动杆伸缩信号；所述第七高精度位移传感器，用于接收所述第七驱动杆伸缩信号；所述第八高精度位移传感器，用于接收所述第八驱动杆伸缩信号；所述第九高精度位移传感器，用于接收所述第九驱动杆伸缩信号。

进一步地，所述第四驱动杆，第五驱动杆，第六驱动杆，第七驱动杆，第八驱动杆和第九驱动杆与所述下平台连接铰点成非等边六角形。