一种新型波浪补偿系统研究

一
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种 新型 波浪补偿 系统研 究
鄢华林 ，姜飞龙 ，赵 瑞 ，周 超
（ 江苏科技 大学 机械 工程 学院，镇 江 ２ ２ ０ ） １０ ３
摘
要
以波浪补偿 反馈 控制系统作为研 究对 象， 了波浪速度补偿原理 、正常 吊 和波浪补偿测速度液压 系 分析 放 统的工作原理， 出了恒张力 的计算方法。推导 了闭环系 统的开环传递 函数 ，采用 了 给 伪微分控 制算法， 了 计算 伪微分 控制器 的各个 参数 。最后，通过仿真表 明，伪微 分控制具有 良好的动态响应，满足 波浪补偿反馈控 制 系统要求，在其他控 制领域也 具有广 阔的应用前 景。
关 键 词 ：船舶、舰船 工程；波浪补偿；液压绞车；伪微分控制
中 图 分 类 号 ：Ｕ ６． ４ ６６１ ２
文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
在海 上补 给 作业 过程 中，受风 浪 的影 响 ，补给 船和 被 补给 船 都会 随着 海浪 做不 规 则 的起 伏运 动 ， 由于两 船之 间不 规 则 的运动 ，在 补给 船 和被 补给 船 吊放 货物 的过 程 中 ，货 物 在接近 甲板或 者离 开 甲板 的时候 ，极 易撞 击 到船 的 甲板 ，严重 时物毁 船损 ，即将 放落 到 甲板上 的货 物 也可 能 由于被 补给 船 的下 沉而 出现悬 空而 落入 水 中，造 成相 当大 的经 济损 失 ，特 别是 对于 一些 军用物 资 （ 导弹 箱 ） 如 ，具 有极 大 的危 险性 ，绝 不允 许这 种情 况发 生 。波 浪补 偿 反馈控 制 系统 通过 对货 物 吊放 液压 系统 的控 制 ，使货 物 在 吊放 过程 中保 持相对 稳 定性 ，从 而确保 了货 物装 卸过 程 的安全 可靠 。
１ 补 偿 原理
图１ 为波 浪 补偿 反馈控 制系 统执 行机 构 示意 图 ，两 船做 补给 作业 ，货 物相对 被补 给船 的速 度 为
Ａ Ｖ＝Ｖ （ ｌ Ｖ ） ０ Ｖ— ２ —
式 中： ０ 为滑轮组收放缆绳的速度； １ 为补给船升沉速度 ； ２ 为被补给船升沉速度。
值 ，通过调节溢流阀 １ Ｏ的溢流压力，使得溢流阀 ３与溢流阀 １ ０的溢流压力产生压差，来调定恒张力
补 给船 上 ； 当两船 产 生相对 运 动 时 ，由于 绞车 绳索 要始 终保 持恒 定 的张 力 ，则绞 车 随两 船 的相对 运动 以相应 的速度 正反 转 收放 缆绳 ，从 而 使储 缆筒 在恒 定张 力 的张 紧状 态下 正反 转 ，在储 缆 筒 同轴 装 有编 码 器 ， 过编 码器 将恒 张力 绞车 的旋 转运 动转 换为 直线运 动 ， 而测 得两船 的相对位 移运 动速 度 ＡＶ 【。 通 从 ２ ］
（ ） １
当Ｖｏ ＝Ｖ２ １ 一 时，△ Ｖ＝Ｖ ＋（ ｌ Ｖ ） Ｖ 一Ｚ） Ｖ 一Ｚ ） ｏ Ｖ — ２＝（ ２ １ ＋（ １ ２＝０， 货物由来 自 液压泵的压力油
经过三位四通 电磁换向阀控制液压缸伸缩，带动滑轮组收放缆绳 ，补偿缸通过滑轮组收放缆绳保证货 物相对被补给船平稳下放。 在起重机臂架外端安装一台能够保持恒定张力的绳索绞车，绳索的一端通过配重 （ 铅块）固定在
图 １ 波浪补偿控制系统执行简 图
补 偿 缸上 装有 光 栅尺 ，测 得补 偿 缸 的运动 速度 ，然 后 乘 以 ２ ，得 到 滑轮 组收 放缆 绳 的速度 ，与恒 张力 绞 车 上 的编 码器 记 录 的速 度进 行 比较 ，采 用 伪微 分控 制 算 法 ，通过 三位 四通 电磁 换 向 阀控 制补 偿 缸 的 运 动 ，带 动滑 轮 组收 放缆 绳 ，从 而实 现波 浪补 偿 的 目的 。图 ２为控 制系 统柜 图。
５卷 ２
第 ２期（ 总第 １５期 ） ９
中
国
造
船
、 ．２ Ｎｏ ２ （ ｅ ｉ１ ｂ１ ５ ． Ｓ ｒａ Ｎｏ． ９ ） １５
Ｊ ｎ ． ０１ ｕｅ２ １
２１年 ６月 ０１
Ｓ Ｉ Ｂ Ｉ ＤＩ ＦＣ Ｎ Ａ Ｈ Ｐ Ｕ Ｌ ＮＧ Ｏ ＨＩ
文 章 编 号 ： １０ ．８ ２ （ ０ １ ２０ ５ ．７ ０ ０４ ８ ２ １ ）０ ．１４０
收稿 日期 ：２ １．００ ：修改稿 收稿 日期 ：２ １．１１ ００１．８ ０ １Ｏ．４
５ ２卷
第 ２期
（ 第 １５期 ） 总 ９
鄢 华林 ，等 ： 种 新型波 浪 补偿 系统 研究 一
１ 货物，２ 光电编码 器，３ 一 一 一铅块 ，４ 一液压缸 ， ５ 光栅尺 ，６ 一 一补偿缸 ，７ 一滑轮组 ，８ 液压绞车 一
当需要做波浪补偿时，液压油通过梭 阀 ５测量马达 Ａ 、Ｂ端 口的最大压力值 ，液压油进入制动油 缸 ７ 制动油缸 ７ ， 使得主马达 ６ 处于制动状态， 主马达与卷筒连接 的离合器由阀控液压缸带动拨叉脱开，
主 马达停 止 工作 。 由于 溢流 阀 ３的主 要作 用是 保 护液压 泵 ，所 以其 溢流 压 力为 系统 的进 油压 力是恒 定
图 ２ 控制系统方块 图
２ 液压 系统
波 浪补 偿 液压 系统 如 图 ３所 示 ，其 主要 包括 两 部分 ：主 马达 （ 于不 需要 做波 浪补 偿 的静态 情况 用 下 吊放 货物 ）和 辅 助马 达 （ 恒张 力 升沉 测速 度 马达 ）组 成 。 在 不 需要 做波 浪补 偿 情 况下 吊放 货 物 时 ，进 油 油 路为 ：液 压 泵提 供 的液 压油 进入 三位 四通 电磁换 向阀 ４左位 ，然后 由三 位 四通 电磁 换 向阀 ４进 入 到主 马达 Ａ 端 口，带动 卷筒 旋 转 ；回油 油路 为 ： 由 Ｂ 端 口进 入平 衡 阀 ８（ 止在 吊放 重物 时 ，液压 马达 同时受 重物 重力 和液 压马 达 自身旋 转 向下 的力 的 同向 防 共 同作用 下 ， 引起不 平 衡 ，导致 重物 突然 下 放落 到 甲板上 ） ，然后 经过 三位 四通 电磁 换 向阀 ４回油箱 。