[发明专利]波浪补偿控制系统设计方法

摘要

本发明公开了一种波浪补偿控制系统设计方法，通过波浪补偿控制器或者人工设定救生艇起升或下降的速度V艇，由运动参考单元得到船舶升沉速度V船，再折算出实际的绳索收放速度V’绳；V艇对应的电压信号为Ut，V船对应的电压信为Ub，V’绳对应的电压信号为Uf，三者叠加得到一个速度偏差，经过增益，并将信号送入PID控制器，在控制器中，传感器测量的反馈信号与给定期望信号进行比较得到输出量，使输出量作用在液压系统上，同时与救生艇的负载信号一同对船舶绳索速度产生控制作用，使绳索速度尽量保持不变，从而实现速度补偿。本发明方法简便，易操作，能为具有波浪补偿功能的小艇收放装置的研发工作奠定一定基础。

主权项

1.一种波浪补偿控制系统设计方法，其特征是：建立波浪补偿控制系统数学模型，具体包括：补给船的长5.9米，宽2.3米，高2.7米，空载2605千克，满载25人，总重4480千克；工作海况为五级海况，有效波高范围为2.5m‑4m，平均值为3.25m，谱峰周期范围为7.7‑17.8s；满载补给船下放速度应大于等于用下面公式计算得到的速度：v＝0.4+0.02H   (3)V为降放速度，H为吊顶到水面距离，大型船舶H都在20m以上，以20m计算，得到速度为0.8m/s，因此设定速度为0.8m/s；系统是通过伺服液压马达来实现驱动，液压马达轴的转角对阀芯位移的传递函数为：液压马达轴的转角对负载力矩的传递函数为：Kq为流量增益；Kce为总流量压力系数；θm为液压马达的转角；Dm为液压马达的排量；Be为有效体积弹性模量；Vt为液压马达及连接管道总体积；Jt为液压马达和负载折算到马达轴上的总惯量；TL为作用在马达轴上任意外负载力矩；Xv为阀芯位移；ωh为液压固有频率；ζh为液压阻尼比；由式(3)、(4)可得在式(7)、(8)中表示液压马达轴的转速；而在系统稳定工作点附近系统的流量Q＝Kq×Xv带入(7)，则液压马达轴的转速对流量的传递函数为：式(8)(9)分别是液压马达转速对外负载力矩、流量的传递函数；所以得到波浪补偿控制系统数学模型；Kw为卷筒比例系数，Kr为传感器比例系数；通过波浪补偿控制器或者人工设定救生艇起升或下降的速度V艇，由运动参考单元得到船舶升沉速度V船，理想的绳索收放速度应为V 绳＝V艇‑V船，而实际上由转速传感器测得马达转速ωm，而由ωm和齿轮减速比、卷筒直径即可折算出实际的绳索收放速度V’绳；V艇对应的电压信号为Ut，V船对应的电压信为Ub，V’绳对应的电压信号为Uf，三者叠加得到一个速度偏差，经过增益，使偏差信号放大，并将信号送入PID控制器，在控制器中，传感器测量的反馈信号与给定期望信号进行比较得到输出量，使输出量作用在液压系统上，同时与救生艇的负载信号一同对船舶绳索速度产生控制作用，使绳索速度尽量保持不变，从而实现速度补偿。