電動主動升沉補償絞車系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種特種船舶技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種電動主動升沉補償絞 車系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 國內(nèi)升沉補償絞車的研宄主要集中在被動式補償方式，比如氣液混合型補償系 統(tǒng)，缺乏主動式補償系統(tǒng)的研制，國外主動式升沉補償絞車主要采用反饋控制。由于海浪運 動隨機性強，導(dǎo)致單純的反饋控制難以提高補償精度。
[0003] 經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻號CN102691484A公開（公告）日 2012. 09. 26,公開了一種新型海洋浮式鉆井平臺絞車升沉補償裝置，采用差動行星齒輪系 作為升沉補償絞車的傳動機構(gòu)，來自主動補償電機與被動補償液壓馬達的動力由外齒圈輸 入，來自送鉆電機的動力由太陽輪輸入，行星架輸出動力驅(qū)動絞車滾筒運動，PLC控制單元 基于檢測到的平臺升沉信號，控制主動補償電機帶動差動減速器外齒圈轉(zhuǎn)動，通過驅(qū)動滾 筒正反向轉(zhuǎn)動來補償平臺的升沉運動；基于檢測到的鉆壓變化信號，控制送鉆電機驅(qū)動太 陽輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)自動送鉆運動。氣液轉(zhuǎn)換器通過被動補償液壓馬達承擔(dān)鉆柱的部分靜載荷， 主動補償電機克服運動補償過程中的其余載荷，降低了系統(tǒng)能耗、提高了補償精度。但該技 術(shù)機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有液壓被動補償與電動主動補償，電動主動補償與送鉆驅(qū)動分離，機械結(jié) 構(gòu)復(fù)雜帶來非線性因素增多，增加了控制系統(tǒng)難度，帶來控制系統(tǒng)精度和可靠性變差。
[0004] 中國專利文獻號CN1152290公開（公告）日1997. 06. 18,公開了一種無需機械的 或光學(xué)的搖擺角度檢測裝置的高性能低成本的起重機繩索穩(wěn)定控制方法和設(shè)備。該技術(shù)提 供了一種繩索穩(wěn)定控制方法，用于具有用來引起由起重機等的繩索懸掛的載荷移動的小車 驅(qū)動設(shè)備的起重機等，其中由繩索懸掛的載荷的搖擺通過以下步驟停止：基于控制系統(tǒng)與 驅(qū)動系統(tǒng)的增益系數(shù)和等價時間常數(shù)通過計算上估算不包括：由繩索的搖擺所引起的載荷 轉(zhuǎn)矩波動的電動機轉(zhuǎn)矩估算信號τ M*而計算與繩索搖擺角度和載荷成正比的搖擺載荷信 號I2W*，并比較這一估算信號τΜ*與實際載荷轉(zhuǎn)矩τΜ，并向小車驅(qū)動設(shè)備（1)的小車速 度命令NS反向回饋信號NW，該信號是通過對與這一搖擺載荷信號成正比的搖擺角度檢測 估算值Θ1*及搖擺角度設(shè)定值Θ S之間的差進行相位超前/滯后補償所產(chǎn)生的。但該技 術(shù)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制精度差。
[0005] 綜上所述，現(xiàn)急需一種能提前預(yù)測海浪的運動且可以大大提高補償精度的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種電動主動升沉補償絞車系統(tǒng)，基 于歷史數(shù)據(jù)和實時檢測的船舶升沉運動數(shù)據(jù)對船舶未來短期內(nèi)的運動參數(shù)進行主動預(yù)測， 計算出船舶運動速度預(yù)測的前饋控制，同時計算出負載與船舶的相對速度的反饋控制以及 位置漂移的反饋控制。
[0007] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0008] 本發(fā)明涉及一種電動主動升沉補償絞車系統(tǒng)，包括：設(shè)置于纜繩上的排纜機構(gòu)以 及用于測量吊點機構(gòu)上吊點的升沉速度和加速度的升沉測量單元、與絞車電機相連的絞車 驅(qū)動單元、絞車控制器以及用于進行能量回收利用的能量處理單元，其中：升沉測量單元與 絞車控制器相連并傳輸升沉速度及位移數(shù)據(jù)，能量處理單元與絞車驅(qū)動單元相連并回收多 余的能量，絞車驅(qū)動單元與絞車控制器相連并傳輸電機編碼器轉(zhuǎn)速、圈數(shù)與角度，絞車控制 器根據(jù)算電機編碼器角度、圈數(shù)及轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)、升沉速度和位移數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)計算得到預(yù)測 參數(shù)并輸出至絞車驅(qū)動單元，絞車驅(qū)動單元輸出相應(yīng)的補償驅(qū)動電流、電壓及頻率，用于驅(qū) 動電動機進行補償運動抵消波浪干擾。
[0009] 所述的歷史數(shù)據(jù)是指：存儲在絞車控制器內(nèi)，有船舶升沉運動的歷史數(shù)據(jù)、絞車轉(zhuǎn) 速及放出纜長工作參數(shù)。
[0010] 所述的升沉測量單元用于獲取檢測船舶升沉運動的速度數(shù)據(jù)和位移數(shù)據(jù)，該單元 包括：防水檢測箱以及設(shè)置于其內(nèi)部并分別與絞車控制器相連的加速度傳感器及用于信號 轉(zhuǎn)換和信號濾波的前置數(shù)據(jù)處理模塊，其中：前置數(shù)據(jù)處理模塊向絞車控制器輸出升沉速 度及位移數(shù)據(jù)，加速度傳感器向絞車控制器輸出加速度數(shù)據(jù)，防水檢測箱固定在吊點機構(gòu) 上。
[0011] 所述的絞車控制器包括：用于船舶運動預(yù)測前饋的前饋預(yù)測控制器、基于BP神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制器、用于速度反饋的速度反饋控制器以及用于位移反饋的位移反饋控制 器。
[0012] 所述的絞車驅(qū)動單元包括：濾波單元、編碼器、數(shù)字測速機接口板、電抗器、主驅(qū)動 變頻器、從驅(qū)動變頻器及排纜驅(qū)動變頻器，其中：濾波單元、電抗器以及主、從驅(qū)動變頻器和 排纜變頻依次連接，數(shù)字測速機接口板分別與編碼器和主、從驅(qū)動變頻器相連，主、從驅(qū)動 變頻器之間通過光纖相連并交換數(shù)據(jù)以實現(xiàn)同步及力矩分配，主、從變頻器和排纜變頻器 與絞車控制器通過現(xiàn)場總線相連并輸出電機編碼器轉(zhuǎn)速、圈數(shù)與角度。
[0013] 所述的能量處理單元包括：防水防雨箱以及設(shè)置于其內(nèi)部的帶有溫度檢測的功率 電阻、帶有電壓檢測的超級電容以及逆變模塊，其中：功率電阻的溫度檢測端以及超級電容 的電壓檢測端與絞車控制器相連，功率電阻以及超級電容分別與逆變模塊相連。
[0014] 所述的功率電阻用于消耗絞車在升沉過程中產(chǎn)生的多余的增生能量，防止變頻器 整流電壓升高而燒壞變頻器；所述的超級電容用于將增生的能量存儲并輸出至逆變模塊以 逆變回送電網(wǎng)。 技術(shù)效果
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果包括：純電動多電機驅(qū)動，具有結(jié)構(gòu)和控制簡 單，控制精度和可靠性能高優(yōu)點。本發(fā)明通過電動升沉補償絞車現(xiàn)場模擬實測，補償精度可 達95%以上。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖2為升沉運動測量單元示意圖
[0018] 圖3為絞車驅(qū)動單元主電路原理圖；
[0019] 圖4為能量處理單元原理示意圖
[0020] 圖5為能量處理方法流程圖
[0021] 圖6為絞車驅(qū)動單元控制電路示意圖；
[0022] 圖7為主從控制結(jié)構(gòu)圖；
[0023] 圖8為絞車控制器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0024] 圖9速度控制器結(jié)構(gòu)圖；
[0025] 圖10位移控制器結(jié)構(gòu)圖；
[0026] 圖11模糊控制器結(jié)構(gòu)圖；
[0027] 圖12前饋預(yù)測控制器結(jié)構(gòu)圖；
[0