基于PI建模和反步滑模控制的主动波浪补偿策略

海上起重船受风、浪、涌影响会产生剧烈的船舶姿态变化,造成起重机和货物的位姿变化,对货物和人员存在安全隐患,波浪补偿平台的稳定性控制能有效减少复杂海况下船舶运动对海上作业安全性、稳定性和精准性的影响,对浮式起重船海上设备精准装载作业极其重要。针对补偿平台的迟滞非线性导致的建模困难和控制不精确问题,本文提出基于PI(Prandtle–Ishlinskii)建模和反步滑模控制的主动波浪补偿策略。首先,通过实验得到补偿系统的迟滞效应曲线,分析系统迟滞环建立PI迟滞模型,并采用递推最小二乘法辨识模型的各个参数,从而求得系统模型。然后,基于李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性设计反步控制补偿方法,并结合滑模控制规律加快初始控制速度。最后,将反步滑模法应用于补偿系统,采用MATLAB软件仿真在规则波和不规则波下的响应来验证算法和模型的正确性,并在工控机中用C#编写控制程序,驱动运动控制卡控制伺服电机带动电缸进行补偿运动,同时通过传感器采集系统运动的实时数据,并反馈给工控机形成闭环,以期验证补偿平台在补偿规则波和不规则波下的补偿效果。实验结果表明,所建立的斯图尔特(Stewart)浮式平台中,PI迟滞模型具有良好的精度,反步终端滑模控制算法在Stewart平台的实际控制中能够很好地补偿波浪运动,相比比例–积分–微分控制(PID)、反步法、强化学习等控制方法,反步终端滑模方法能快速较好跟踪期望位移,补偿精度达到0.9729。

基于Amesim对起重机二次控制主动波浪补偿系统仿真

基于实际需求,对起重机二次控制主动波浪补偿系统进行了仿真。基于一型起重机,对其二次控制主动波浪补偿系统的分析、计算和设计,应用仿真软件Amesim建立起重机各子系统的数学模型,对各子系统进行仿真分析和优化选型,确认其液压系统元件参数。应用仿真软件Amesim建立整机仿真模型并进行仿真研究,使其在4级的作业海况下,满足升沉方向补偿精度达到95%,为起重机二次控制系统的液压元器件选型提供理论依据,也为起重机系统设计及应用提供依据。该研究得出的起重机补偿技术能补偿风浪、洋流等复杂海洋环境成的升沉方向上的运动,保证海上补给和精密设备吊装的安全性。

复合式液压缸型半主动波浪补偿系统的研究

为了解决海上作业船体的安全问题,需要研究相应的控制技术。因此,提出了一种复合式液压缸型的半主动波浪补偿系统。首先,根据复合式液压缸半主动波浪补偿系统原理建立AMESim模型;其次,根据模糊PID控制器的工作原理对其建立MATLAB/Simulink模型;最后,建立复合式液压缸型半主动波浪补偿系统的AMESim-Simulink模型,进行联合仿真。分析半主动补偿的负载位移、负载速度、系统能量、功率变化,验证了复合式液压缸型波浪补偿系统AMESim仿真的可行性,并得出联合仿真更能减少能耗以及系统参数设计的合理性。

主动波浪补偿起重机控制系统设计

为实现用于船—船并靠补给起重机的主动波浪补偿功能,文章提出了一种基于双船动态姿态测量的控制方法,并根据该方法设计了控制系统应用于50 t主动波浪补偿起重机。经过工厂试验和海事试验验证,起重机的补偿精度达到了95%。

海洋吊机主动波浪补偿技术及国产化建议

采用波浪补偿技术可减轻或避免风、浪、流等作用对海洋吊机的影响,提高其安全性,增强其工作能力。在简述国内外主动波浪补偿技术现状的基础上,介绍了液压缸式和绞车式主动波浪补偿技术执行机构的工作原理,并从控制技术、数据采集技术、运动预报技术和节能技术等方面分析了主动波浪补偿技术的关键。建议我国走联合开发、集成创新的道路,采用由简单到复杂、循序渐进的研发思路,加强核心技术研究和关键零部件制造能力,以期早日研制出高性能的主动波浪补偿吊机,实现主动波浪补偿技术国产化。

基于卡尔曼滤波的主动波浪补偿系统研究

针对船舶随涌浪进行的升沉运动进行较为深入的研究,旨在采用主动式波浪补偿解决耙吸式疏浚船耙管终端水平高度稳定问题。建立波浪补偿预测系统,通过运动参考单元测量船舶运动竖直方向速度和加速度,主控制单元根据所建立的数学模型结合卡尔曼滤波算法处理数据,通过执行机构调整绳索收放速度完成耙管终端控制补偿,使耙头水平高度在工作过程中保持稳定。所建立的波浪补偿预测系统具有自主学习能力,可以不断运用实测数据自我修正以提高精度,具有很高的实用价值。

深海作业起重绞车主动波浪补偿系统载荷响应研究

文章对主动波浪补偿系统的补偿原理进行研究设计,并将货物和钢丝绳及补偿器对主动波浪补偿系统的影响建立数学模型以及对货物的静态和动态的参数进行计算分析。另外,应用Simster仿真软件对运动补偿性能进行了仿真和分析,仿真结果表明:主动波浪补偿系统的精度满足系统的响应要求。

一种用于登乘栈桥的主动波浪补偿方法

针对高海况下风电塔运行维护的实际工程需求,设计一种带有主动补偿功能的登乘栈桥。分析栈桥的结构设计,以此为基础进行补偿模型的计算分析。以高速数字信号处理器为核心构建补偿控制系统,利用运动参考单元实时测量运维船的姿态及升沉变化,根据补偿模型计算出液压缸所需的运动行程,对液压系统进行控制,分别进行横摇、纵摇及升沉的补偿,确保栈桥末端与塔基相对稳定,从而确保风电塔维护人员安全登乘。对运维船进行的码头系泊试验结果表明:该栈桥系统可有效补偿波浪对运维船的影响,完全满足高海况下的运维通勤需求。

六自由度主动波浪补偿装置测控系统设计与仿真

针对海工装备上人员与物资安全转运的工程需求,该文对六自由度主动波浪补偿系统中的关键技术展开研究,设计了一个完整的主动波浪补偿系统,包括运动测量系统、控制系统和执行机构。运动测量系统采用MTi惯性传感器,结合自适应高通滤波器进行船舶运动检测,同时采用双目视觉系统检测补偿平台末端运动,并基于卷积神经网络实现两类传感器数据的融合。控制系统采用基于神经网络进行参数整定的自抗扰控制器,可以实现良好的快速响应特性、控制误差补偿和抗干扰特性。执行机构采用基于液压驱动的Stewart平台。通过MATLAB/Simulink和AMESim平台建立了机、电、液联合仿真模型,并对所设计平台的先进性和可行性进行了仿真验证。

某油缸式主动波浪补偿系统的动态特性分析

基于AMSim仿真平台建立包括液压元器件、气动部件、机械传动部件,以及控制算法在内的油缸式主动波浪补偿系统的机液耦合仿真模型,分析被吊货物质量、吊重钢丝绳长度、主动波浪补偿模式开启时刻,MRU传感器误差等因素对主动波浪补偿吊机补偿系统动态特性的影响,结果表明,在控制方式和外界条件相同的条件下,而货物质量不同时,补偿响应速度和精度的差别很小;钢丝绳长度对补偿精度的影响可以忽略;从非波浪补偿模式切换至波浪补偿模式时,在升沉运动的零位置切换至主动波浪补偿模式切换更平稳快速;提高MRU传感器和气瓶压力传感器精度对补偿精度有利。

主动波浪补偿平台及其试验系统的设计与仿真

补给船在海里工作时受到风浪的影响会发生横摇、纵摇和升沉,这严重影响了工作的平稳性和有效性。为了对补给船的横摇、纵摇和升沉进行补偿,设计了一种基于微惯导传感器的新型主动波浪补偿装置,提出了一种简单准确的波浪补偿值的求解方法,并搭建了六自由度并联主动波浪补偿平台试验系统,最后通过实验仿真验证了该主动波浪补偿装置的实用性和有效性。

基于内河航道测量的主动波浪补偿平台的开发与试验系统设计

安装于船舶上用于内河航道测量的测深仪设备在工作时会受到波浪的影响从而产生横摇、纵摇及升沉,这严重影响了测量数据的精度。为此开发一种基于内河航道测量的主动波浪补偿平台装置,该装置为新型的串并混联结构;然后提出一种运动学建模与位置求解的方法;最后通过搭建一套试验系统来验证该平台的波浪补偿有效性。

半主动式恒钻压波浪补偿系统的研究

为了提升海上钻井平台在恶劣环境变化下工作的适应性,设计了负载敏感技术与压力补偿技术相结合的半主动式恒钻压波浪补偿系统,使输出压力与流量自动适应于负载需求。在该系统中,采用气液蓄能器与双作用主动缸相互作用来抵消波浪升沉位移的变化。建立了半主动式波浪补偿系统数学模型,利用MATLAB/Simulink软件进行了仿真分析。仿真结果表明:与主动式及被动式补偿系统相比较,本系统动态响应快,控制精度高,振动幅度大大降低,节能效果明显增强,有利于海上钻井升沉补偿的推广和改进。

基于Modelica的主动波浪补偿起重机建模与仿真

为研究主动波浪补偿起重机的动态特性和起吊重物质量等关键参数对主动波浪补偿起重机性能的影响,采用多领域统一建模语言Modelica,在MWorks仿真软件中构建二次马达、恒压变量泵、蓄能器、溢流阀和钢丝绳等模型,以构造出完整的主动波浪补偿起重机模型。对该模型进行仿真分析,结果表明:当起吊重物的质量为20 t~160 t时,主动波浪补偿起重机的控制效果较好;当起吊重物的质量达到200t时,重物的补偿位移控制效果相对较差;通过调整PID控制参数可提高起重机起吊重物的质量。

船用起重机液压缸式主动波浪升降补偿装置研究

主动波液补偿（AHC，Active Heave Compensation）吊机是深水工程作业最重要的船用起重机，其液压缸式主动波浪升降补偿装置能防止吊机的绞车、钢丝绳等过载，增强对所吊货物运动的控制，增加吊机工作的天气窗口。液压缸式主动波浪升降补偿技术是目前国际上最先进的一种波浪升降补偿技术，本文详细介绍了液压缸式主动波浪升降补偿装置的补偿原理、系统组成及工程应用情况。

主动式波浪补偿液压驱动系统的仿真与实验

以主动式波浪补偿液压驱动系统为研究对象,对整个波浪补偿的电气控制系统进行设计,建立主动式波浪补偿液压驱动系统的数学模型,推导出主动式波浪补偿驱动系统的传递函数,引入PDF(伪微分)算法。运用MATLAB/Simulink对波浪补偿驱动系统的数学模型进行仿真分析,推断出在整个主动式波浪补偿驱动系统中采用PDF(伪微分)控制算法系统响应性能完全满足系统要求。最后通过电机模拟液压驱动系统,根据实验结果来验证PDF控制的优越性。

主动式波浪补偿在位置控制系统中的应用

为确保海洋作业时人及货物的安全,船体之间保持随动,为克服波浪影响,从而提出了主动式波浪补偿位置控制方法。首先,建立主动式波浪补偿电机驱动系统的数学模型;然后采用智能伪微分控制控制算法,实现整个位置控制系统的仿真,其响应效果完全满足系统的要求,构建实验平台。实验结果与仿真结果一致,验证了此法的可行性。

主动式波浪补偿控制技术仿真研究

针对主动式波浪补偿(AHC)预测控制技术,结合某型采用数字液压缸作为补偿缸的波浪补偿装置的特点,提出并研究了两种可行的预测控制方法:AR模型控制策略及广义预测(GPC)与PID复合控制策略。借助计算机仿真模型对上述两种方案进行较为深入的研究,通过合理配置参数,两种预测控制方法均得到了较小的预测误差。仿真结果表明:两种方法预测误差小、适应性强、稳定性好,可用于主动式波浪补偿的预测控制。

浅淡国内首台深水波浪补偿克令吊的补偿技术系统

随着国内对海洋资源不断的深入开发,各类工程船舶、海洋钻井平台越来越多的进入到深海区域进行海上作业,受深海区域波浪起伏的影响,海上作业时会随着波浪晃动,船体晃动则直接导致水下起重机的吊钩不稳,增加海上作业困难,影响水下的安装作业。上海振华公司自主研发的国内首个深水下主动波浪补偿甲板起重机,填补了国内在主动波浪补偿设备领域的研发空白,打破了国外的技术垄断,以提高海上作业的安全性、高效性和可靠性。

基于补偿技术的起重机深水波浪补偿系统研发

为突破波浪补偿技术的研发瓶颈,提出了补偿技术的工作原理,通过对补偿系统结构和主动波浪技术的自主研发,解决了二次液压控制技术、信号检测系统和电气控制算法等关键难点,成功研制了带有主动波浪补偿技术的30 t起重机,该起重机可以实现水下600 m以内区域的补给、海洋钻井、深海探测等工作,提高了海上作业的安全性、高效性和可靠性。