[发明专利]甲板水平姿态自动保持系统

说明书

所属领域

本发明属于有源制荡技术领域，特别是涉及一种自动保持船舶局部甲板水平姿态的控制系统。

背景技术

船舶在风浪作用下产出现俯仰、横滚姿态变化，甲板或平台也随船体呈现纵向和横向倾斜，致使人员身体不适，仪器和设备工作状态受到影响。克服上述弊端的现有船舶制荡技术中，分为无源制荡和有源制荡两大类。无源制荡措施多在船体结构设计上加以体现，或装备特殊设计的机械式自平衡装置；有源制荡系统需利用辅助能源和动力来消减由于船体姿态变化而导致甲板或平台呈现的各向倾斜程度，多用于工程和军用船舶，如船用甲板起重机会因风浪导致船体倾斜而影响吊装精准度，现有技术是利用纵向与横向倾斜度传感器检测船体姿态，通过起重机臂架控制系统自动调整和补偿吊装幅度，当船体在一定范围内倾斜时，依然保持规定的精准度。航空母舰在风浪作用下舰体也会产生俯仰、横滚、沉浮等形态的甲板运动，导致航母上的理想着舰点成为三自由度活动点，增加了舰载机的着舰难度，严重影响着舰安全。现有技术是采集甲板运动状态传感信息，构成保持迎角恒定的动力补偿系统，同时将甲板运动状态信息引入舰载机自动着舰引导系统，从而使着舰安全度大大提升。上述用于工程和军用舰船的有源制荡技术措施十分复杂，成本高昂，不适合作为民用船只改善舒适度和工作环境的手段。在民用船舶中较多采用的有源制荡技术措施当属船舶鳍，即在舰船两舷的舭部装一对或多对仿生鳍，由安装在舰船上的角速度传感器测量摇摆角速度，经信号处理电路得到角度、角速度和角加速度信号，通过液压控制系统产生扶正力矩，推动鳍做相应动作来抵消舰船受到的波浪力矩，达到舰船在风浪中减小横向摇摆的目的，从而大大提高舰船的适航性、稳定性、安全性和舒适性。然而，装备船舶鳍不仅须在船舶整体结构设计时考虑，而且只能减少整个船体的横摇幅度。发明专利‘斜舵船舶垂荡和纵摇装置智能自适应控制方法’(G05B13/04，专利号：201010142184)提出采用测量系统测出斜舵船舶垂荡与纵摇装置的状态参数，经A-D转换和数字滤波后，再经优化处理作为斜舵船舶垂荡和纵摇装置的智能自适应控制系统的输入，系统输出控制信号经过D-A转换器转化为模拟信号并经功放器件控制执行机构，将整个系统变化到指定的工况下。该方法依然着眼于舰船整体制荡，实施起来难度大、代价高。实际上，在很多情况下仅仅需要对船舶上的局部场所(如驾驶舱和客舱甲板，仪器设备间的工作平台等)进行旨在提高适航性、舒适性等指标的改造，需要经济适用型的解决方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种自动保持船舶局部场所甲板或平台水平姿态的有源制荡系统，毋须对船舶整体结构设计和制造进行较大改动，只须对现有船舶的部分有限空间实施装修性质的改造即可。该系统包括：四象限水平姿态传感器、控制装置、伺服机构以及铺设甲板或平台用的框架四部分。各部分结构和作用如下：

1、四象限水平姿态传感器(以下简称姿态传感器)用来检测船体倾斜方向和倾斜程度。姿态传感器结构：最上层为发光层，内嵌LED发光板；向下依次为透光层，内充深色液体(水)，封闭时留有少许残留空气，以便形成用来透射光线的气泡；与透光层紧挨着的是光电转换器件的感光面，由相互绝缘的4片方形光电转换器件按照笛卡尔平面坐标系的四象限位置摆放，背面粘贴在一块引线电路板的绝缘部分，引线电路板下面固定的是4组光电信号放大与调理电路的电路板，分别对每片光电转换器件生成的光电信号进行放大和标准化处理，最后形成与I、II、III、IV象限光电转换器件接受光照程度成比例的4路标准信号输出。当姿态传感器完全处于水平姿态时，透光层中的气泡圆心恰位于4片方形光电转换器件交汇点，亦即四象限坐标原点，此时4片光电转换器件受照面积相等且都等于气泡透光面积的四分之一，此时姿态传感器输出的4路标准信号也相等。

2、控制装置姿态传感器输出的4路标准信号，分别接至4台比例积分调节器的输入端；姿态传感器在水平姿态下输出的标准信号数值即作为各台比例积分调节器的设定值，比例积分调节器的输出信号操控伺服机构而使活塞上下移动，带动与活塞杆伸出端链接的框架四个顶角随之升降，借以调整甲板或平台的姿态。