一种新型主动式波浪补偿系统原理样机的设计及研究_王岩

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1、一种新型主动式波浪补偿系统原理样机的设计及研究王岩，王争荣，翟性泉，张新福（92117部队，北京100072）摘要：基于液压补偿油缸执行机构，提出了一种新型主动式波浪补偿系统。介绍了补偿系统原理样机的组成和主要关键技术研究及试验情况。本文的研究可为我国自主研发主动式波浪补偿起重机提供技术参考。关键词：波浪补偿；相对运动检测；模糊PID控制；补偿油缸两船舶在海上进行锚（漂）泊并靠补给时，由于并靠两船受波浪作用会产生升沉、纵横摇等复杂[1]的相对运动，从而造成下放中的货物与上升的船体发生碰撞，或已放落到

2、甲板上的货物由于船体的下沉出现再次悬空的现象，这都会给海上补给效率和安全性带来了不利影响，因此，只有采用具有波浪补偿功能的起重机才能保证吊装作业的安全。由于被动式波浪补偿系统对接收船要求高，灵活性差，难以在普通起重机上改装，鉴于此，为了适应海上锚（漂）泊并靠补给单次吊装重量增加的需求，新型波浪补偿起重机的补偿技术应采用主动式补偿技术。图1并靠补给作业示意图1波浪补偿技术原理从图1可知，波浪补偿的目的就是使补给物资波浪补偿起重机是为了适应海上补给的特殊要的着船速度与补给船、接收船的升沉速度无关--通求

3、而开发的一种专用起重装置。从图1可以看出：过保持相对平稳的着船速度，就能减小货物着船的当设定向下运动为正方向时，补给物资的着船速度，冲击加速度，使货物能平稳地下放到接收船上。即货物相对于接收船的下降速度为起重机吊索收放主动式波浪补偿技术是利用传感器技术(如激[1]速度和两船相对运动速度的叠加：光测距传感器、超声测距传感器等)测得两船的相对V＝V（VV）(1)运动参数和货物下降运动参数，然后利用有线或无下012线传输方式将信号传递给波浪补偿控制器，波浪补其中：V-起重机收放补给物资的速度；偿控制器

4、根据控制算法计算出控制参数，然后控制0执行机构对起重索进行收放控制，从而实现波浪补V-补给船升沉速度；1偿功能。V-接收船升沉速度。2作者简介：王岩（1972-），硕士研究生，研究方向：装备工程。452主动式波浪补偿系统组成船舶相对运动参数检测采用激光测距方法。主动式波浪补偿系统原理样机主要由执行机构、相控制系统根据运动检测的信号，包括两船的相对运动检测模块和控制系统等组成，系统原理见图对速度、吊装状态等影响因素，通过控制算法进行2所示。计算，根据计算结果给出控制信号，驱动执行机构实现波浪补偿。3主

5、要关键技术设计及试验分析3.1船舶相对运动参数检测技术测距传感器的种类很多，考虑到实际的使用环境，本文研究提出了“激光”和“超声”两种检测方式。它们均是非接触式检测方法，补给船和接收船没有物理连接。图2主动式波浪补偿系统原理图3.1.1超声定位检测超声检测提出“三元超声定位检测方案”，如图试验原理样机主要由波浪补偿系统原理样机和4所示，该方案将声信标（S）安放在接收船物资着液压折臂式起重机组成，补偿系统加装在起重机上船点附近，三个接收换能器（R1、R2、R3）安装在以实现波浪补偿功能，结构原理如图3

6、所示。立杆上（在一条垂线上，间距为L），组成一个三元执行机构主要由液压补偿油缸和电磁比例阀等超声定位系统。以R1为参考阵元，设声信标信号组成，液压补偿油缸安装在起重机的起重臂上，将到达阵元R1的时间为t1，到达阵元R2和R3的时起重机的起重索绕在液压补偿油缸的滑轮组上，用间延迟（简称时延）分别为τ21和τ31，声信标补偿油缸直接控制起重机的起重索，实现对波浪运动的补偿。1.主臂架2.液压绞车3.补偿油缸4.油缸支架5.动滑轮6.起重索7.定滑轮8.传感器图3原理样机的结构原理图46信号传播到R2和R

7、3与传播到R1的声程差分较如图5所示。别为d21和d31，从而可计算出S的相对位置。根据这一原理，设计了以高性能单片机为核心的检测电路，进行了调试和试验，存在问题有：a.超声传感器发生器的波束角较小，声信标信号运动时，接收换能器有时接收不到信号，造成无法测量；b.有回声现象。经分析，回声可通过信号处理进行抑制，但是要提高波束角，需要开发新的超声传感器，因此本文没有继续进行深入研究。图5检测信号预处理比较结果激光检测选用了INSIGHT-200型激光测距传感器，动态响应时间最高可达10Hz（最小检测间

8、隔为100ms），最高精度达1mm，经调试，检测精度可满足要求，但动态响应时间长，其采样速度达不到波浪补偿控制要求的采样速度。经研究分析，更换动态响应时间最高可达50Hz（最小检测间隔为20ms），最高精度达1.5mm的LRFS-0040-2型激光测距传感器，经多次验证试验，在额定载荷为500kg的条件下，补偿误差能满足技术要求。S为声信标（超声发生器），R1、R2、R3为换能器（超3.2补偿控制系统声接收器）3.2.1系统组成图4三元超声定位检测方案图控制算法和控制