[发明专利]基于多通道升降控制的波浪能采集与转换装置及控制方法

说明书

本发明公开了基于多通道升降控制的波浪能采集与转换装置，包括升降平台以及与其连接的波浪能采集机构，还包括多个用于支撑升降平台的桩柱和爬升机构以及控制单元。所述升降平台为工字形，升降平台的4个角分别设置有安装桩柱的通孔，通孔处设置有爬升机构。所述控制单元包括内环控制器和外环控制器，外环控制器包括垂直运动控制器、俯仰运动控制器以及侧倾运动控制器，内环控制器根据升降平台的速度和相对速度输出控制力的控制信号，外环控制器经变量转换器与内环控制器连接。本发明还公开了相应的控制方法。本发明的装置升降稳定性，有利于提高波浪能采集机构的能量转换效率；本发明的控制方法控制精度高，可靠性好。

技术领域

本发明属于海洋特种装备工程领域，具体涉及一种基于多通道升降控制的波浪能采集与转换装置及控制方法。

背景技术

随着海洋能源的需求量日益增加，海洋平台的安全性越发得到重视，其升降控制系统的研发显得尤为重要。在恶劣的海洋环境中，平台需通过提升以及下降来保证整个平台的安全稳定。在传统的升降中，普遍存在升降不稳定、工作效率低、能耗损耗大等问题。

因此，急需设计一种能够使得平台能够连续同步升降，且控制精度高，稳定性好的海洋平台升降机构同步升降控制方法。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供基于多通道升降控制的波浪能采集与转换装置及控制方法，根据需要调节升降平台的高度、俯仰角和侧倾角，使波浪能采集机构处于最合适的高度和角度，实现平台同步升降控制的高稳定性和高精度。

本发明的技术方案是基于多通道升降控制的波浪能采集与转换装置，包括升降平台以及与其连接的波浪能采集机构，还包括多个用于支撑升降平台的桩柱和与桩柱一一对应的用于升降平台上升或下降的爬升机构以及控制单元，控制单元检测升降平台的俯仰角度、侧倾角度，分别输出控制信号到各桩柱的爬升机构，通过对各桩柱的爬升机构的电机的单独控制，对升降平台的姿态进行控制，提高波浪能采集机构的能量转换效率。

所述升降平台为工字形，升降平台的4个角分别设置有安装桩柱的通孔，通孔处设置有爬升机构。

所述爬升机构包括电机、齿轮、齿条、滑轮以及导向滑轨，电机的基座、滑轮分别与升降平台固定连接，齿条、导向滑轨分别与桩柱固定连接，齿轮与电机的转轴连接，电机的控制端与控制单元电性连接。

所述控制单元包括内环控制器和外环控制器，外环控制器包括垂直运动控制器、俯仰运动控制器以及侧倾运动控制器，内环控制器根据升降平台的速度和相对速度输出控制力的控制信号，外环控制器经变量转换器与内环控制器连接。

内环控制器包括分别与升降平台的爬升机构控制端连接的第一桩柱控制器、第二桩柱控制器、第三桩柱控制器、第四桩柱控制器。

上述的基于多通道升降控制的波浪能采集与转换装置的控制方法，包括：

检测升降平台的俯仰角、侧倾角和垂直位移，作为外环控制器的输入，根据外环控制器输出得到升降平台的垂直、侧倾和俯仰运动控制力；

利用解耦器将升降平台的垂直、侧倾和俯仰运动控制力转换为各个爬升机构的分控制力；

内环控制器根据升降平台的速度和相对速度，输出各爬升机构的控制力信号；

根据解耦器输出的各爬升机构的分控制力和内环控制器输出的各爬升机构的控制力信号，计算得到各爬升机构的理想控制力信号，输入到各爬升机构的控制端，各爬升机构动作，实现升降平台的升降控制。

进一步地，基于多通道升降控制的波浪能采集与转换装置的控制方法，包括以下步骤，

步骤1：检测升降平台的侧倾角位移θ、俯仰角位移和垂直位移z，作为外环控制器的输入，根据外环控制器输出得到升降平台的垂直运动控制力f_z、侧倾运动控制力f_θ和俯仰运动控制力