波浪补偿系统智能控制器设计.pdf

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1、第45卷第1期船海工程Vo1．45No．12016年2月SHIP&OCEANENGINEERINGFeb．2016DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2016．01．025波浪补偿系统智能控制器设计陈远明。梁富琳(华南理工大学土木与交通学院，广东广州510641)摘要：针对某波浪补偿平台试验系统的智能控制算法问题，通过Simulink软件对其进行仿真分析，结果表明，所采用的混合型模糊PID控制算法能减少系统的稳态误差，力反馈控制算法能抑制波浪补偿平台板的振荡运动，使波浪补偿执行油缸受力均衡，前馈控制算法能加

2、快系统的响应速度，提高系统补偿精度。关键词：波浪补偿；智能控制器；控制算法中图分类号：U664；TP23文献标志码：A文章编号：1671-7953(2016)01-0123-05由于受风、浪、流等恶劣环境的影响，海上工作船或浮式工作平台不可避免地产生横摇、纵摇、I。’船舶运动模拟执行油缸波浪升沉等运动，这给海上作业带来了极其不利的影载荷补偿平台板响。为了满足海上作业需求，通过液压机构建立亡一连杆具有波浪补偿功能的稳定平台系统，并采用一定波浪补偿的主动控制技术驱动液压机构使该平台产生与船执行油缸，／／(舶运动相反的动作，以抵消船舶

3、的摇摆和升沉运，)r／＼动，使该平台保持相对稳定的状态。船舶运动模拟平台板1波浪补偿试验系统图1波浪补1尝系统试验装置设计试验装置见图1。图1中，船舶运动模船舶运动模拟执行油缸等组成的船舶运动模拟系拟平台板通过末端弹簧、连杆和运动模拟执行油统(简称模拟系统)与由波浪补偿平台板和波浪缸实现悬挂安装，并通过控制4根运动模拟执行补偿执行油缸等组成的波浪补偿系统(简称补偿油缸的伸缩运动来带动船舶运动模拟平台板产生系统)分别由两套各自独立的控制单元进行相应横摇、纵摇和升沉等运动姿态，使其运动规律和船的控制。舶甲板运动规律相似。波浪补偿平台

4、板通过末端2模拟系统控制器大刚度弹簧和补偿执行油缸安装在船舶运动模拟平台板上，通过检测模拟平台板的运动数据，驱动2．1结构补偿执行油缸往相反方向运动，从而实现运动补模拟系统主控制器采用常规反馈式控制器，偿，即尽管模拟平台板在做横摇、纵摇和升沉运为保证油缸的步调一致性，加入共面检测控制算动，补偿平台板却尽量维持静止状态，不随模拟平法，其结构组成见图2。台板的运动而运动。2．2设计方案试验装置中，由船舶运动模拟平台板、连杆和主控制器从简单实用角度出发，选用了位置式数字PID控制策略]，并加入积分环节改善]收稿日期：2015—10—2

5、6和微分环节改善算法J。修回日期：2015—11—162．3共面检测控制器基金项目：中央高校基本科研业务费资助项目由于船舶运动模拟平台板是一个平面，也就(2014ZZ0017)；上海交通大学海洋工程国是4个运动模拟执行油缸连杆下端和模拟平台板家重点实验室开放课题资助项目(1313)连接点处要求始终处于同一平面上，这就对各个第一作者简介：陈远明(1979一)，男，博士，讲师研究方向：船舶与海洋结构物设计制造运动模拟执行油缸的垂向伸缩运动步调提出了要E-mail：cym@scut．edu．cn求，不同步就会造成连接点处不共面而产生矛

6、盾1232第0161期正陈远明，等：波浪补偿系统智能控制器设计船海工程第45卷豢厂_]匿lEl滤波器Ef共面检测控制器F卜Il力反馈控制器F卜_I苫l—滤波器Fr前反馈控制器F卜二JJ-二图2船舶运动模拟系统控制器结构组成攀滤波器Gr力。尽管连接点处通过弹簧顶推装置连接，4个％连接点处不共面有一小允许值，但必须有额外的__：控制算法来限制其不同步的继续加大。共面检测匿控制器的加入主要用于限制各运动模拟执行油缸E。。。。。一]响应步调不一致的产生，使响应过慢的油缸加速，滤波器Hr响应过快的油缸减速，从而实现同步协调动作的目的。其基

7、本原理是判断连接点是否共面，具体算法如下。2=M2。=KE(pb+pd一P一p。)(1)2b=2d=KE(pa+p一pb一pd)(2)f混一合型模糊ID控制器I式中：2、2b，／．t2，／L2d——共面检测控制器A、B、一一一一一一一C、D的输出；图4混合型模糊PID控制器pa’pb，pc’pd——模拟执行油缸A、B、C、D统相似。的伸缩量；KF——共面调整比例系数。2=2g=KE(pf+ph一p。一pg)(4)2f=2h=KE(p。+pg一pf—ph)(5)当连杆下部4个连接点共面时，有+p一pb一pd=0(3)式中：M2，2

8、f，u2，M2h——共面检测控制器E、F、p。此时，共面检测控制器输出为零。G、H的输出；pe，pf，ph——补偿执行油缸E、F、G、H3补偿系统控制器的伸缩量；3．1结构——共面调整比例系数。补偿系统控制器采用复合控制策略，除了主由于波浪补偿平台板通过大刚度弹