一种主动式波浪补偿装置的设计与实现

作者:张新福;黄海波;冯林 刊名:液压与气动 上传者:王万荣

【摘要】该文从波浪补偿技术的原理出发,提出了一种主动式波浪补偿系统方案,介绍了该系统的组成及工作原理,实现了波浪补偿控制系统的硬件设计。针对波浪运动具有非线性、时变等特点,采用模糊PID算法及预测进行补偿控制。将该波浪补偿装置加装于液压折臂式起重机构成原理样机,试验表明补偿效果良好,工作稳定可靠。

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0引言并靠补给是物资补给的重要手段之一。并靠补给的重要装备是船用起重机,其具有补给速度快,补给能力大等特点。但是由于并靠两船的吨位、尺度、线型等因素不同以及两船在波浪上的相对位置不同,并靠两船之间受波浪作用会产生升沉、纵横摇等复杂的相对运动,这种运动随海况的升高而加剧,同时,吊装的补给物资受补给船摇摆运动的影响,也会产生晃动。因此,吊装的补给物资相对接收船将可能存在较大的相对运动,这样并靠补给作业人员很难对补给物资的着船速度进行精确控制。物资着船时与相对加速上升的接收船甲板容易发生强烈碰撞,产生较大的冲击加速度;已放落到甲板上的物资也可能由于接收船的下沉或补给船的上升而突然出现再次悬空的现象[1]。这些都可能对补给的物资、船体、起重机以及补给作业人员带来危险,甚至造成十分严重的后果。因此,只有采用具有波浪补偿功能的起重机才能保证并靠补给作业的安全。波浪补偿装置通常分为主动式与被动式,后者技术相对成熟,目前国内外均有实际应用。然而现有的被动式波浪补偿起重机需要接收船具有能承受补给重量两倍的补偿吊钩的挂接点,接收船和接收位置都受到限制,不能很好地满足并靠补给的任务需要。主动式波浪补偿装置便能克服上述缺点,但是其技术难度大,国内尚无成熟应用。因此展开主动式波浪补偿关键技术研究就显得尤为必要和迫切。1波浪补偿技术原理波浪补偿起重机是为了适应并靠补给的特殊要求而开发的一种专用起重装置。图1所示为并靠补给作业示意图,由图可知,补给物资的着船速度,即物资相对于接收船的下降速度为起重机吊索收放速度和两船相对运动速度的合成[2],若规定向下为运动正方向,则有:v下=v0+(v1-v2)(1)其中:v0起重机吊索收放速度v1补给船升沉速度v2接收船升沉速度图1并靠补给作业示意图波浪补偿的目的就是使补给物资的着船速度与补给船、接收船的升沉速度无关,通过保持相对平稳的着船速度,来减小物资着船的冲击加速度,使物资能平稳地下放到接收船上。主动式波浪补偿技术是利用某种传感器技术(如光电编码器、激光测距传感器、超声测距传感器等)测得两船的相对运动参数和物资下降的运动参数,然后利用有线或无线传输方式将信号传给波浪补偿控制器,波浪补偿控制器根据控制算法计算出控制参数,控制执行机构对起重索进行收放控制,从而实现波浪补偿功能。2主动式波浪补偿系统组成基于对波浪补偿原理的分析,提出如图2所示的主动式波浪补偿系统方案。该系统主要由测距装置、波浪补偿控制器、补偿执行机构组成。补偿执行机构为伺服液压缸,安装在起重机的主臂上,将起重机的起重索绕在补偿液压缸的滑轮组上,用补偿液压缸直接控制起重机的起重索,实现对波浪运动的补偿。测距系统安装在起重机副臂的前端,控制器和液压阀组安装在操作室内。图2主动式波浪补偿系统原理图补偿原理:补偿系统工作时,首先将补偿液压缸调整到中间位置。测距装置实时检测出起重机副臂前端到接收船甲板的距离,并通过接口电路传递给波浪补偿控制器,控制器计算出由波浪引起的两船相对运动速度。与位移传感器反馈回来的液压缸的速度和位置信息一同作为控制器的输入参数,并根据操作手柄的位置,按照控制算法计算出补偿液压缸的运动速度和运动方向,输出一个控制信号,控制电磁比例换向阀的开度和方向,控制补偿油缸的伸缩,从而控制物资的升降,以实现波浪补偿的功能。3波浪补偿控制系统设计3.1波浪补偿控制系统组成控制系统是波浪补偿装置的核心,其性能优劣直接影响补偿效果的好坏。为满足实时性的要求,控制系统选用以PXA270处理器(XScale架构)为核心的嵌入式系统,并采用WinCE5.0操作系统作为软件平台。控制

参考文献

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