一種主動式波浪補(bǔ)償模擬實驗系統(tǒng)平臺技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種主動式波浪補(bǔ)償模擬實驗系統(tǒng)平臺,利用六自由度平臺帶動被補(bǔ)給和補(bǔ)給船甲板來模擬海浪起伏運(yùn)動，利用激光傳感器檢測吊重相對于被補(bǔ)給船甲板的相對速度與位移信號，信號通過控制系統(tǒng)進(jìn)行處理，計算出下一個控制量并將信號傳遞給驅(qū)動系統(tǒng)，所述驅(qū)動系統(tǒng)通過驅(qū)動齒輪副進(jìn)而驅(qū)動卷筒，所述卷筒通過繩索帶動所述吊重運(yùn)動，使得所述吊重相對速度和目標(biāo)速度一致，實現(xiàn)波浪補(bǔ)償?shù)墓δ埽槐景l(fā)明專利技術(shù)能夠有效地模擬起重機(jī)在船舶間補(bǔ)給作業(yè)的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)特性和對各種不同的波浪補(bǔ)償控制算法的實際效果進(jìn)行驗證，從而能夠有效地推動波浪補(bǔ)償控制算法在實際生產(chǎn)作業(yè)中的應(yīng)用和普及，具有很好的實用價值和推廣價值。

An active wave compensation simulation experiment system platform

The invention discloses an active heave compensation system simulation experiment platform, using six DOF platform driven by supply and supply ship deck to simulate waves motion detection using laser sensor is relative to the supply ship deck lifting relative velocity and displacement signal, the signal is processed by the control system to calculate the next the control output and transmits the signal to the drive system, the drive system driven by gear and drive the drum, the drum is driven through the rope lifting movement, so that the lifting relatively uniform velocity and target velocity, realize the wave compensation function is verified; the invention can effectively simulate the crane operation in supply the kinematics and dynamics characteristics of various wave compensation and control algorithm of the actual effect, which can effectively promote the wave The application and popularization of the compensation control algorithm in the actual production operation has very good practical value and popularization value.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種主動式波浪補(bǔ)償模擬實驗系統(tǒng)平臺
本專利技術(shù)涉及港口機(jī)械領(lǐng)域，特別涉及一種主動式波浪補(bǔ)償模擬實驗系統(tǒng)平臺。
技術(shù)介紹
隨著時代快速的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)實現(xiàn)全球化，港口運(yùn)輸越來越頻繁，已經(jīng)成為連接各國經(jīng)濟(jì)必不可少的紐帶，但港口運(yùn)輸中也存在一系列問題需要進(jìn)行克服。其中船用起重機(jī)是船舶間在海上進(jìn)行吊運(yùn)、補(bǔ)給物資的一種重要運(yùn)輸工具，起重機(jī)固定在船體上，通過鋼絲繩將吊重和卷揚(yáng)機(jī)相連，并通過卷揚(yáng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)動來控制吊重的起升和下降，但在作業(yè)時海上的波浪起伏容易引起補(bǔ)給船和被補(bǔ)給船的相對運(yùn)動。當(dāng)起重機(jī)在海上進(jìn)行物資補(bǔ)給時，如果風(fēng)浪較大，下降中的重物容易和突然上升的船體發(fā)生碰撞，容易造成重大事故，而現(xiàn)實中，常規(guī)的船用起重機(jī)經(jīng)常要等待海面風(fēng)平浪靜時進(jìn)行作業(yè)，海洋工程作業(yè)流行著要等“好窗口”天氣才能施工的習(xí)慣，說法就是能作業(yè)的平靜海面的時間只有窗口那樣小。船舶的升沉起伏會導(dǎo)致一些吊裝補(bǔ)給作業(yè)無法正常進(jìn)行，使得船用起重機(jī)海上作業(yè)的待機(jī)率超過50%，易導(dǎo)致運(yùn)輸延誤、效率降低，造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大。為了避免安全隱患、提高工作效率，需要進(jìn)行波浪補(bǔ)償，對因海面起伏引起作業(yè)裝備產(chǎn)生波動而進(jìn)行的補(bǔ)償校正，即通過控制吊重在升沉方向的運(yùn)動來補(bǔ)償船舶間的相對運(yùn)動。波浪補(bǔ)償分為被動式和主動式兩種，目前我國研究和應(yīng)用的主要是被動式波浪補(bǔ)償系統(tǒng)，但被動式波浪補(bǔ)償缺點明顯：（1）剛度、阻尼等參數(shù)一般通過經(jīng)驗設(shè)計，在作業(yè)中不能隨外部狀態(tài)變化而變化,適應(yīng)性差；（2）補(bǔ)償時系統(tǒng)沖擊較大，給海上作業(yè)帶來安全隱患；（3）結(jié)構(gòu)體積十分龐大，需要對被補(bǔ)給船有較大改裝。針對被動式補(bǔ)償?shù)娜毕荩鲃邮讲ɡ搜a(bǔ)償系統(tǒng)因其載重沖擊小、智能化程度高、體積小、操作方便等優(yōu)點，主動式波浪補(bǔ)償系統(tǒng)主要采用閉環(huán)反饋控制，但因為波浪的非線性和隨機(jī)性，會導(dǎo)致單純的閉環(huán)反饋控制難以完全勝任，常常采用控制算法來保證波浪補(bǔ)償?shù)木_性和魯棒性。在這些控制算法的研究過程中，出于安全性和制造成本考慮，大部分學(xué)者不具備制造帶波浪補(bǔ)償功能的船用起重機(jī)并去海上在各種海況下做真正實驗的條件。目前，仍然缺少一種方便、經(jīng)濟(jì)、安全、可靠的實驗室環(huán)境下的主動式波浪補(bǔ)償?shù)膶嶒炏到y(tǒng)平臺，它能真實的反映起重機(jī)在船舶間補(bǔ)給作業(yè)的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)特性，驗證不同波浪補(bǔ)償控制算法的實際控制效果，推動這些波浪補(bǔ)償?shù)目刂扑惴ㄔ趯嶋H生產(chǎn)作業(yè)中的應(yīng)用和普及?；谏鲜鰡栴}，本專利技術(shù)提供了一種主動式波浪補(bǔ)償模擬實驗系統(tǒng)平臺。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是為了解決波浪補(bǔ)償研究人員或?qū)嶒炄藛T在實際惡劣環(huán)境中做實驗的所面對的困難問題和船用起重機(jī)因波浪起伏而造成碰撞事故等問題，而提供一種方便、經(jīng)濟(jì)、安全、可靠以及接近實際工作環(huán)境的實驗室環(huán)境下的主動式波浪補(bǔ)償模擬實驗系統(tǒng)平臺，能夠有效地模擬起重機(jī)在船舶間補(bǔ)給作業(yè)的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)特性，并方便的進(jìn)行控制算法的替換，能夠?qū)ΜF(xiàn)有的以及學(xué)者最新研究的各種不同的波浪補(bǔ)償控制算法的實際效果進(jìn)行驗證，能夠有效地推動波浪補(bǔ)償控制算法在實際生產(chǎn)作業(yè)中的應(yīng)用和普及，也能夠間接性地克服船用起重架因海浪引起升沉而造成巨大的碰撞損失和作業(yè)待機(jī)率高以及效率低的缺點。本專利技術(shù)系統(tǒng)采用基于PC機(jī)的實時控制系統(tǒng)而不是采用嵌入式實時控制系統(tǒng)，可以針對不同的對象平臺自動生成高頻代碼，能與Matlab和Simulink進(jìn)行無縫連接，方便實現(xiàn)各種算法，同時有效地避免了嵌入式實時監(jiān)控系統(tǒng)需要編程和導(dǎo)入程序的繁瑣過程，提高了工作的效率。本專利技術(shù)整個使用過程簡單、便捷、安全可靠，廣泛適用于對港口機(jī)械波浪補(bǔ)償研究的高校和相關(guān)研究單位以及公司，有效地節(jié)約了實驗成本和提高了檢測地安全性以及實驗的真實性，同時能夠有效地為研究者提供更好地實驗平臺與實驗環(huán)境以及一定程度上對國家港口運(yùn)輸行業(yè)做出一定的貢獻(xiàn)，具有很好的實用價值和推廣價值。為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供了一種主動式波浪補(bǔ)償模擬實驗系統(tǒng)平臺，所述一種主動式波浪補(bǔ)償模擬實驗系統(tǒng)平臺包括機(jī)器本體和系統(tǒng)本體，所述機(jī)器本體包括底座、伺服電機(jī)、傳動箱、升降裝置、聯(lián)軸器、滑輪、繩索、吊重和激光傳感器，其中所述傳動箱包括連接塊、第一對齒輪副、第二對齒輪副、卷筒、軸、離合器和支架，所述升降裝置包括立柱、導(dǎo)軌、托板、支座、絲桿、限位開關(guān)、起重架、外伸架、支撐板和橫梁板；所述系統(tǒng)本體包括檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)，其中所述檢測系統(tǒng)包括激光傳感器和數(shù)據(jù)采集卡，所述控制系統(tǒng)包括PC機(jī)和運(yùn)動控制卡，所述驅(qū)動系統(tǒng)包括伺服電機(jī)驅(qū)動器和伺服電機(jī)。優(yōu)選的，所述底座放置安裝于補(bǔ)給船甲板上，所述伺服電機(jī)通過螺釘固定安裝于所述底座上，所述伺服電機(jī)的軸與所述聯(lián)軸器一端相連接，所述聯(lián)軸器另一端與所述傳動箱的所述第一對齒輪副的主動軸相連接，所述第一對齒輪副的從動軸安裝在所述傳動箱和所述支架上，并且所述支架一端的所述軸端與所述離合器的一端相連接，所述第一對齒輪副安裝于所述軸上向第二級傳遞轉(zhuǎn)矩，所述第二對齒輪副安裝于第二級的主動軸和從動軸上，所述卷筒安裝于所述第二對齒輪副的從動軸上。優(yōu)選的，所述立柱固定安裝于所述底座上，所述立柱之間連接所述橫梁，所述導(dǎo)軌固定安裝于所述立柱上，所述托板與所述導(dǎo)軌配合連接，構(gòu)成移動副，所述起重架安裝于所述托板上，所述外伸架安裝于所述起重架上，所述支撐板安裝于所述外伸架上方，所述滑輪安裝于所述支撐板上，所述限位開關(guān)安裝于所述外伸架下方，所述伺服電機(jī)與所述絲桿一端相連接，所述支座穿過所述絲桿安裝于所述底板上，所述絲桿與所述托板相配合形成絲桿螺母副，所述絲桿的另一端固定安裝于所述橫梁上。優(yōu)化的，所述繩索一端與所述吊重相連接，所述激光傳感器安裝于所述吊重上，所述繩索穿過所述外伸架的圓孔安裝于所述滑輪上，再穿過滑輪三、滑輪二和滑輪一進(jìn)而所述傳動箱的圓孔，纏繞于所述卷筒上，并將所述繩索一端通過螺釘固定于所述卷筒上。優(yōu)選的，所述激光傳感器通過數(shù)據(jù)線與所述數(shù)據(jù)采集卡相連接，所述數(shù)據(jù)采集卡插在所述PC機(jī)上，所述PC機(jī)通過數(shù)據(jù)線與所述運(yùn)動控制卡相連接，所述運(yùn)動控制卡通過數(shù)據(jù)線與所述伺服電機(jī)驅(qū)動器相連，所述伺服電機(jī)驅(qū)動器與所述伺服電機(jī)相連接。優(yōu)選的，所述伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器與傳動箱相連接，進(jìn)而通過所述傳動箱中的卷筒收和放所述繩索來控制吊重的升降運(yùn)動。本專利技術(shù)一種主動式波浪補(bǔ)償模擬實驗系統(tǒng)平臺的有益效果在于：本專利技術(shù)能夠有效地模擬起重機(jī)在船舶間補(bǔ)給作業(yè)的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)特性，并方便的進(jìn)行控制算法的替換，能夠?qū)ΜF(xiàn)有的以及學(xué)者最新研究的各種不同的波浪補(bǔ)償控制算法的實際效果進(jìn)行驗證，能夠有效地推動波浪補(bǔ)償控制算法在實際生產(chǎn)作業(yè)中的應(yīng)用和普及，也能夠逐漸性解決船用起重架因海浪引起升沉而造成巨大的碰撞損失和作業(yè)待機(jī)率高以及效率低的缺點。本專利技術(shù)系統(tǒng)采用基于PC機(jī)的實時控制系統(tǒng)而不是采用嵌入式實時控制系統(tǒng)，可以針對不同的對象平臺自動生成高頻代碼，能與Matlab和Simulink進(jìn)行無縫連接，方便實現(xiàn)各種算法，同時有效地避免了嵌入式實時監(jiān)控系統(tǒng)需要編程和導(dǎo)入程序的繁瑣過程，提高了工作的效率。本專利技術(shù)整個使用過程簡單、便捷、安全可靠，廣泛適用于對港口機(jī)械波浪補(bǔ)償研究的高校和相關(guān)研究所以及公司，有效地節(jié)約了實驗成本和提高了檢測地安全性以及實驗的真實性，同時能夠有效地為研究者提供更好地實驗平臺與實驗環(huán)境以及一定程度上對國家港口運(yùn)輸行業(yè)做出一定的貢獻(xiàn)，具有很好的實用價值和推廣價值。附圖說本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種主動式波浪補(bǔ)償模擬實驗系統(tǒng)平臺，其特征在于：所述一種主動式波浪補(bǔ)償模擬實驗系統(tǒng)平臺包括機(jī)器本體和系統(tǒng)本體；所述機(jī)器本體包括底座、伺服電機(jī)、傳動箱、升降裝置、聯(lián)軸器、滑輪、繩索、吊重和激光傳感器，其中所述傳動箱包括連接塊、第一對齒輪副、第二對齒輪副、卷筒、軸、離合器和支架，所述升降裝置包括立柱、導(dǎo)軌、托板、支座、絲桿、限位開關(guān)、起重架、外伸架、支撐板和橫梁板；所述系統(tǒng)本體包括檢查系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)，其中所述檢測系統(tǒng)包括激光傳感器和數(shù)據(jù)采集卡，所述控制系統(tǒng)包括PC機(jī)和伺服電機(jī)，所述驅(qū)動系統(tǒng)包括伺服電機(jī)驅(qū)動器和伺服電機(jī)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種主動式波浪補(bǔ)償模擬實驗系統(tǒng)平臺，其特征在于：所述一種主動式波浪補(bǔ)償模擬實驗系統(tǒng)平臺包括機(jī)器本體和系統(tǒng)本體；所述機(jī)器本體包括底座、伺服電機(jī)、傳動箱、升降裝置、聯(lián)軸器、滑輪、繩索、吊重和激光傳感器，其中所述傳動箱包括連接塊、第一對齒輪副、第二對齒輪副、卷筒、軸、離合器和支架，所述升降裝置包括立柱、導(dǎo)軌、托板、支座、絲桿、限位開關(guān)、起重架、外伸架、支撐板和橫梁板；所述系統(tǒng)本體包括檢查系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)，其中所述檢測系統(tǒng)包括激光傳感器和數(shù)據(jù)采集卡，所述控制系統(tǒng)包括PC機(jī)和伺服電機(jī)，所述驅(qū)動系統(tǒng)包括伺服電機(jī)驅(qū)動器和伺服電機(jī)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主動式波浪補(bǔ)償模擬實驗系統(tǒng)平臺，其特征在于：所述底座放置安裝于補(bǔ)給船甲板上，所述伺服電機(jī)通過螺釘固定安裝于所述底座上，所述伺服電機(jī)的軸與所述聯(lián)軸器一端相連接，所述聯(lián)軸器另一端與所述傳動箱的所述第一對齒輪副的主動軸相連接，所述第一對齒輪副的從動軸安裝在所述傳動箱和所述支架上，并且所述支架一端的所述軸端與所述離合器的一端相連接，所述第一對齒輪副安裝于所述軸上向第二級傳遞轉(zhuǎn)矩，所述第二對齒輪副安裝于第二級的主動軸和從動軸上，所述卷筒安裝于所述第二對齒輪副的從動軸上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主動式波浪補(bǔ)償模擬實驗系統(tǒng)平臺，其特征在于：所述立柱固定安裝于所述底座上，所述立柱之...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫友剛，方進(jìn)，強(qiáng)海燕，董達(dá)善，李強(qiáng)，趙鴻宇，
申請(專利權(quán))人：上海海事大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：上海,31