[发明专利]基于波浪趋势判断的主动式波浪补偿控制系统及方法

权利要求书

1.基于波浪趋势判断的主动式波浪补偿控制系统，其特征在于：所述主动式波浪补偿控制系统包括传感器网络、液压驱动系统和波浪补偿控制器：

所述传感器网络包括运动参考单元MRU、声学波浪仪、旋转编码器、张力传感器以及液压驱动系统状态监测传感器；所述运动参考单元MRU用于测量船舶升沉运动参数；所述声学波浪仪用于测量声学波浪仪探头到海面距离参数；所述旋转编码器安装用于测量液压马达的转速参数；所述张力传感器用于测量吊臂缆绳的张力参数；所述液压驱动系统状态监控传感器用于测量液压驱动系统的运行参数；

所述液压驱动系统包括主起降回路、变幅回路、刹车回路及恒张力回路；所述主起降回路包括调速换向阀及液压马达，波浪补偿控制器通过调速换向阀控制液压马达变换转速以及进行转向动作，实现负载的起降动作；所述变幅回路包括电磁换向阀及液压缸，波浪补偿控制器通过电磁换向阀控制液压缸进行伸缩，实现变幅机构的变幅动作；所述刹车回路包括刹车电磁阀及卷筒制动器，波浪补偿控制器通过刹车电磁阀控制卷筒制动器进行抱闸与松闸；所述恒张力回路包括背压控制阀及液压马达，波浪补偿控制器通过背压控制阀控制液压马达背压，使得吊臂缆绳张力维持在预设的恒定值范围内；

所述波浪补偿控制器包括PLC控制器、串口通讯模块、高速计数器模块以及模拟量输入模块；所述串口通讯模块用于将采集到的声学波浪仪探头到海面距离参数、船舶升沉运动参数反馈至PLC控制器；所述的高速计数器模块用于将采集到的旋转编码器的转速脉冲信号反馈至PLC控制器；所述模拟量输入模块用于将采集到的吊臂缆绳的张力参数反馈至PLC控制器；所述PLC控制器用于将上述参数进行综合计算分析，确定静止海平面、探头基准面、安全位置参数，同时实时分析判断波浪运动趋势，选择时机将负载降放入水或是提升出水，以达到波浪补偿的目的；

其中：静止海平面是指海面上下起伏的平均位置，探头基准面是指声学波浪仪探头随着船舶上下起伏运动的平均位置，安全位置是保证负载不会被波浪拍到的位置。

2.根据权利要求1所述的主动式波浪补偿控制系统，其特征在于：所述的PLC控制器包括入水时机判断单元以及出水时机判断单元：

所述入水时机判断单元包括入水初始化模块、下放控制模块、悬停控制模块、下放入水控制模块，其中所述入水初始化模块用于在进行吊放作业前，对MRU进行校准，使得船舶升沉位移X_h为0或者其平均值为0，利用MRU以及声学波浪仪采集到的参数分析波浪运动参数，得到探头基准面-静止海平面的距离X_ba以及波面-静止海平面距离X_w，进而得到当前波浪特征值以及下放安全位置，所述下放控制模块用于通过调速换向阀控制液压马达的转速、转向，实现负载的降放动作，使得负载相对于静止海平面速度为恒定值，所述悬停控制模块用于判断当负载下放到安全位置时，通过调速换向阀控制液压马达变换到对应的转速以及进行转向动作，实现负载的悬停动作使得负载相对于静止海平面速度为0，同时悬停控制模块还用于对波浪趋势进行判断，选择下放时机；所述下放入水控制模块用于根据悬停控制模块判断的下放时机通过调速换向阀控制液压马达变换到对应的转速以及进行转向动作，将负载下放入水，负载相对于波面的速度为恒定值；

所述出水时机判断单元包括出水初始化模块、出水跟随控制模块、提升出水控制模块；其中所述出水初始化模块用于在进行吊放作业前，对MRU进行校准，使得船舶升沉位移X_h为0或者其平均值为0，利用MRU以及声学波浪仪采集到的参数分析波浪运动参数，得到探头基准面-静止海平面的距离X_ba以及波面-静止海平面距离X_w，进而得到当前波浪特征值以及提升安全位置；所述出水跟随控制模块用于通过背压控制阀控制液压马达背压，将缆绳张力维持在恒定值，使得负载跟随波浪起伏运动，同时对波浪趋势进行判断，选择提升出水的时机；所述提升出水控制模块用于根据出水跟随控制模块判断的提升时机通过调速换向阀控制液压马达的转速、转向，将负载提升出水，使得负载相对于波面的速度为恒定值。