[发明专利]一种用于船用起重机升沉补偿系统研究的实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种实验装置，具体是一种用于船用起重机升沉补偿系统研究的实验装置。属于船用起重机技术领域。

背景技术

船用起重机是海上补给、海洋钻井、深海探测与海上打捞、救助等领域必不可少的工具。具有升沉补偿系统的船用起重机能对因海面起伏引起的波动进行补偿校正，可在恶劣天气条件下（5级海况以下）提供安全、准确、高效的起重机操作，可使得因恶劣天气引起的停工期减到最少。要想提高升沉补偿系统在不同海况下的稳定性和适用性，将进行升沉补偿系统在各级海况下的补偿精度变化规律和控制策略研究。

由于在海上进行船用起重机主动升沉补偿系统实验研究的周期长、投入大，随着运动模拟、控制和仿真技术的应用与发展，很多空中及海上实验项目都改在陆地上进行，地面实验安全可靠又节省资金。

发明内容

本发明的目的是为船用起重机升沉补偿系统研究提供地面实验装置。

本发明是通过以下技术方案实现的，一种用于船用起重机升沉补偿系统研究的实验装置主要包括船舶运动模拟台、起重机起吊机构、控制系统（船舶运动模拟台控制系统和升沉补偿控制系统）和辅助设备。船舶运动模拟台控制系统控制船舶运动模拟台中伺服缸的伸缩，固定安装在船舶运动模拟平台上的起吊机构会跟随平台一起运动，为了减少吊物因平台的运动而引起的升沉（垂向）运动，升沉补偿控制系统通过各传感器数据和控制算法进行主动升沉补偿控制，当平台上升时绞车卷筒实时放绳，当平台下降时绞车卷筒实时收绳。

船舶运动模拟台包括底座、平台以及连接底座和平台的三根可伸缩杆件，可伸缩杆件均由虎克铰、伺服缸和球铰组成，伺服缸尾部与虎克铰连接，伺服缸伸缩杆与球铰连接；各虎克铰均与底座相连，三个虎克铰中心在底座上呈等腰三角形布置；各球铰与平台相连，三个球铰中心与平台的垂直距离相等。

起重机起吊机构包括卷筒、双电机、吊臂、吊绳和吊物，其中卷筒，双电机，吊臂均固定安装在船舶运动模拟台的平台上；卷筒上缠绕吊绳，吊绳通过固定在吊臂顶端的定滑轮与吊物相连；卷筒由双电机驱动，双电机均采用两个液冷电机与各自减速机相连接后安装于卷筒端部的基座上，各减速机输出轴上小齿轮与固定于卷筒两端的大齿轮相啮合。双电机是由升沉补偿控制系统中的电机驱动器驱动。

控制系统包括船舶运动模拟台控制系统和升沉补偿控制系统。船舶运动模拟台控制系统包括信号采集单元、计算机和显示器；升沉补偿控制系统包括信号采集单元、计算机、显示器、运动控制卡和电机驱动器。

其中信号采集单元包括：传感器和数据采集器，传感器包括姿态传感器、角位移传感器、力传感器。姿态传感器安装于船舶运动模拟台平台上，随平台一起运动并测得平台运动姿态数据；角位移传感器安装于卷筒上，用于测量卷筒旋转角度，可以获得吊绳的收放长度、收放速度和收放加速度；力传感器安装于吊臂的定滑轮处，为销轴式力传感器；传感器采集到的信号通过数据采集器传送至计算机中并能在显示器上显示。

船舶运动模拟台控制系统中各部分连接方式为：计算机通过数据线连接显示器，船舶运动模拟台中伺服缸与计算机相连，船舶运动模拟台上各传感器与数据采集器相连，数据采集器与计算机相连。船舶运动模拟台运动姿态数据主要来自海上实船所记录的纵摇、横摇和升沉运动时间历程数据，基于该实测船舶运动姿态数据，通过建立模拟台逆运动学方程分别求出三根可伸缩杆长度，随后计算机据此长度分别给各伺服缸发送相应的伸缩位移指令，同时采集平台上姿态传感器的输出数据作为反馈信号，形成闭环控制系统，以保证模拟台真实准确地复现实船在海上的运动姿态；其次，也可人为设置模拟台的纵摇、横摇和升沉运动幅值和频率，使模拟台能模拟出更加复杂环境下的船舶运动姿态。