[发明专利]深水安装升沉补偿反馈控制系统

说明书

本发明公开了深水安装升沉补偿反馈控制系统，包括控制系统、检测系统、液压驱动系统和机械执行系统；首先检测母船的运动信号，求得起重吊点的升沉运动信号，由安装在绞车上的旋转编码器和安装在缆绳上的非接触式张力传感器分别测得的吊放重物实际升沉速度和缆绳的实际张力值，把所有的检测信号传送到计算机控制系统，通过升沉补偿系统无模型自适应控制器数学模型，控制系统运算得出反馈偏差量，并按给定的控制算法控制绞车的收放运动，进行速度和张力补偿，使吊放重物以相对静止的速度、下放到水下平台，并保证缆绳张力在一定范围内。本发明的有益效果是能够实现吊放重物在垂直方向上的主动补偿控制功能。

技术领域

本发明属于船舶制造技术领域，涉及一种深水安装升沉补偿反馈控制系统及算法。

背景技术

深水安装升沉补偿系统是一个大惯量非线性系统，存在大滞后问题，采用常规的反馈控制很难取得理想的控制效果。为了提高系统的补偿精度和解决大惯量系统的滞后问题，本文采用了母船升沉运动预报和主动控制相结合的控制策略对深水安装升沉补偿系统进行控制。母船起重吊点升沉运动预报在第五章已研究。

深水安装主动式升沉补偿控制系统的特点比较突出，第一，整个升沉补偿系统结构庞大、复杂，并且存在机械摩擦等干扰因素，导致整个系统具有严重的非线性；第二，补偿系统的补偿响应发生时刻提前于吊放重物发生变化的时刻，由于起重机械本身以及吊放重物的质量都比较大，使整个系统具有很大的惯性力，导致响应严重滞后。因此，在海况产生突变时，或者系统受到环境干扰等情况，控制系统的性能将受到挑战，控制系统的稳定性、响应快速性、对起重装置进行实时控制性以及控制系统对不同任务与环境的适应性都要研究。

发明内容

本发明的目的在于提供深水安装升沉补偿反馈控制系统，本发明的有益效果是能够实现吊放重物在垂直方向上的主动补偿控制功能，以削弱母船姿态运动对吊放重物垂向运动的影响，并把缆绳的张力控制在一定范围内。

本发明所采用的技术方案是包括控制系统、检测系统、液压驱动系统和机械执行系统；首先检测母船的运动信号，求得起重吊点的升沉运动信号，由安装在绞车上的旋转编码器和安装在缆绳上的非接触式张力传感器分别测得的吊放重物实际升沉速度和缆绳的实际张力值，把所有的检测信号传送到计算机控制系统，通过升沉补偿系统无模型自适应控制器数学模型，控制系统运算得出反馈偏差量，并按给定的控制算法控制绞车的收放运动，进行速度和张力补偿，使吊放重物以相对静止的速度、下放到水下平台，并保证缆绳张力在一定范围内。

进一步，控制系统由信号检测系统、控制器处理单元及后置驱动系统三大功能模块组成；信号检测系统包括MRU运动参考单元、张力传感器、旋转编码器和前置数据处理模块；前置数据处理模块用于对传感器输出的电压及电流信号进行转换、滤波，最终得到满足控制器I/O端口要求的电流和电压信号；信号检测系统对下列信号进行检测与处理：

1)母船姿态运动信号检测

采集船舶姿态运动信号的方式多种多样，利用MUR运动参考单元检测工作母船的横倾、纵倾、升沉加速度信号，通过积分得到速度信号，利用所得到的母船姿态运动信号通过坐标变换求得起重吊点的升沉运动信号，作为控制系统的干扰信号；

2)补偿反馈信号检测

补偿反馈信号是吊放重物的下放速度信号和缆绳张力信号，旋转编码器用于检测液压马达转速，由检测出的液压马达转速计算得到吊放重物实际的垂向运动速度，并与给定的速度信号进行比较，最终得到速度补偿的偏差信号，缆绳的瞬时张力由张力传感器检测得到，并与给定张力值比较得到的张力偏差信号，控制缆绳的张力进行补偿；