半主动升沉补偿系统的预测控制与联合仿真分析

针对半主动升沉补偿系统响应滞后和非线性时变的特点,提出半主动升沉补偿系统的预测控制与联合仿真分析。以PSO-BiLSTM模型预测的船舶升沉位移作为控制信号输入,Terminal滑模控制器控制复合液压缸,补偿负载因船舶运动产生的升沉位移。建立AMESim-Simulink联合仿真系统,对比有无预测模型下的3种控制补偿性能,验证了采用PSO-BiLSTM预测算法的Terminal滑模控制半主动升沉补偿系统效果良好,补偿率可达95.63%,比PID控制和普通滑模控制分别提高11.07%和5.51%。仿真结果表明,精确的预测数据作为控制输入,可以有效地缩短响应时滞,提高位移补偿精度。

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%。

基于AMESim的采矿船升沉补偿系统能耗分析

因为浪涌产生的升沉运动会对采矿船的作业造成巨大的负面影响,所以需要升沉补偿系统来保障采矿船作业的安全性和稳定性。升沉补偿系统可分为被动式、主动式和主被动式,主被动式是主动模块和被动模块的结合。针对被动式补偿精度不高、主动式系统能耗过大的缺点,设计一套主被动升沉补偿系统,利用AMESim软件搭建2 MN主被动升沉补偿模型,并与相关试验结合,先证明建立的仿真模型是可信的,然后在不同负载、不同波浪周期、不同波浪幅值下模拟主被动升沉补偿系统主动模块能耗功率特性。结果表明:主动补偿模块功率的平均贡献比在20%左右,被动补偿模块承担约80%,体现了主被动升沉补偿系统的节能性。

基于二次单元的主动升沉补偿系统低速特性仿真

针对某主动升沉补偿(AHC)系统样机中存在的低速运行不稳定问题,分析二次单元及AHC系统工作原理,建立二次单元的数学模型,使用MATLAB/Simulink和AMESim软件建立基于二次单元的AHC系统仿真模型来研究低速特性。结果表明:配流盘结构会显著影响二次单元本体的流量脉动大小和AHC系统的低速稳定性;AHC的负载质量越大时低速控制下的转速脉动越大;改变二次单元机械效率对低速脉动影响较小;改变二次单元的容积效率不影响低速脉动率。

基于AMESim和Simulink的主动升沉补偿系统仿真分析

通过AMESim和MATLAB/Simulink联合仿真的方法建立二次调节主动升沉补偿系统的仿真模型,模型加入了时变和非线性因素的影响,能较为真实地反映实际主动升沉补偿系统特性和实现各种控制策略。研究结果表明:采用具有双前馈补偿的串级PID闭环控制,提高了系统的升沉补偿精度;变量机构与二次元件斜盘配合的间隙等非线性因素会降低系统补偿精度;绞车的非线性摩擦力矩对补偿精度的影响较小。

基于观测器的深海起重机互补滑模主动升沉补偿

针对深海起重机主动升沉补偿系统的非线性时变负载特性,在互补滑模控制器的基础上利用扰动观测器补偿扰动,实现主动升沉补偿。首先,将复合扰动分为匹配扰动和非匹配扰动两部分,采用互补滑模控制器对匹配扰动进行补偿,并降低系统稳态误差;同时设计扰动观测器对非匹配扰动的导数及其一阶、二阶导数进行估计,补偿至滑模控制律。最后采用MATLAB软件对深海起重机进行建模,搭建基于扰动观测器的互补滑模控制器,在给定负载位移条件下,进行负载位移跟踪仿真研究。结果表明,所设计的控制器在不同系统参数的情况下可实现迅速和精确的补偿控制,并与PID控制器进行对比,有更好的响应速度和控制效果,与普通滑模相比可缩短到达滑平面的时间。

海洋绞车电传动时变给定转速实时补偿方法

针对海洋绞车主动升沉补偿控制中,因难以准确获取电传动系统时变给定转速而导致补偿效果欠佳的问题,提出一种时变给定转速的实时补偿方法。阐述了该时变给定转速实时补偿的基本原理,研究了针对该时变给定转速进行实时补偿的具体设计方法,并以基于开关磁阻电动机驱动的海洋绞车电传动系统为例,对上述补偿方法的效果进行了验证。结果表明:该方法有效克服了因信号采集误差、数据处理延时等因素对准确获取主动升沉补偿海洋绞车电传动系统时变给定转速的影响,从而为实现海洋绞车主动升沉补偿的高准确度补偿控制奠定了基础。

深海作业主动升沉补偿起重机

当前深海作业对海洋工程装备的要求不断提高,主动升沉补偿起重机应运而生。文中在国内外研究成果基础上,从环境适应性、补偿系统与起重机适配性、补偿系统与起重机功率集发等关键技术出发,介绍了起重机研制过程中的技术路线,设计制造了一种具有能量回收功能的深海作业主动升沉补偿起重机结构样机,采用折臂式结构形式和绞车式主动升沉补偿系统,并对样机进行试验验证,起重机起吊能力达到200 t,试验结果与国外同类型吊机参数进行了对比总结,样机补偿精度超95%。

半主动式钻井绞车升沉补偿系统

为了简化海洋钻井绞车升沉补偿系统的结构、降低主动式绞车补偿系统的能耗,通过系统结构设计、系统建模、内模PID鲁棒位移控制器设计等,设计了一种半主动式海洋钻井绞车升沉补偿系统,并通过非线性时域仿真与实验研究对系统进行了验证。系统结构设计实现了升沉补偿与自动送钻两种运动的解耦控制,降低了系统能耗。系统建模时采用质量集中法和能量守恒原则对系统进行了简化。提出了外环大钩位移闭环与内环电机转速闭环的双层控制方案,设计了外层内模PID鲁棒位移控制器,内模控制在模型匹配与模型失配情况下的稳态偏差均为零,滤波器时间常数越小动态性能越好、抗干扰能力越强。仿真模拟和实验研究的补偿率均在90%以上,补偿效果良好,系统具有可行性。

浮式钻井平台钻柱升沉补偿系统研究

在前人研究基础上提出一种半主动浮式钻井平台钻柱升沉补偿方案,将被动补偿能耗低和主动补偿精度高的特点有机结合在一起。建立系统数学模型,在仿真基础上,设计并搭建升沉补偿试验台,进行被动、主动和半主动的升沉补偿试验。结果表明,基于蓄能器的半主动升沉补偿系统收敛速度快,性能稳定,补偿效果较好,可以补偿平台97%的升沉运动。

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。

船用起重机升沉补偿系统建模与仿真

为了减小船用起重机在海上作业时风浪对吊装的影响,介绍了一种船用起重机的升沉补偿系统,建立了系统的动力学状态空间模型。取船的升沉运动位移作为系统输入量,通过选择不同的状态变量作为反馈量,仿真分析了悬停状态下被动补偿模式和主动-被动补偿模式下载荷位移的变化,最后根据仿真结果比较分析了两种补偿模式下的动态性能,确定了以串级控制方式作为主动-被动补偿模式的控制策略。

新型半主动倍增程式升沉补偿装置设计与仿真分析

结合半主动式升沉补偿装置的补偿原理,设计了带有双驱动齿轮-双齿面直齿条机构的倍增程式机械驱动游车大钩升沉补偿系统,并对其工作原理和补偿过程进行了分析,再结合AMESim仿真软件建立起了升沉补偿液压缸、大钩载荷、气液蓄能器和驱动齿轮-直齿条等系统组件的倍增程式补偿数学模型。仿真结果表明:新型升沉补偿系统的整体补偿效率可达到95.6%,补偿效果较好,系统能耗曲线因补偿电机的持续运转呈现连续上升趋势。补偿系统中随驱动齿轮半径增加,大钩升沉位移逐渐减小使补偿效果提高,而对系统能耗影响较小;随比例系数增加,大钩升沉位移和系统能耗曲线呈现先增加后趋于缓慢的趋势;随平台升沉周期增加,补偿效果变好,系统能耗降低;随大钩载荷增加,系统能耗呈线性增加。

船用起重机升沉补偿系统分析

为了减少船用起重机在海上作业时风浪对吊装的影响,延长海上作业时间,介绍了一种船用起重机的升沉补偿系统。在LMS.AMESim软件平台上建立了系统的仿真模型,通过仿真对比分析了4种模式下系统的动态性能,同时运用Design Exploration优化工具箱对PID控制器参数进行了自动优化,结果表明:被动升沉补偿模式下钢丝绳张力变化最小,主动-被动升沉补偿模式下比例阀有死区补偿时能够消除94%的船体升沉运动对载荷的影响,而无死区补偿只能达到84%。最后将仿真得到的优化控制参数应用于试验装置的控制之中,减少了试验装置的调整时间,得到了比较好的试验结果。

浮式钻井平台主动式钻柱升沉补偿装置设计

针对海浪升沉运动对钻柱和钻压的影响,设计了一种海洋浮式钻井平台主动式钻柱升沉补偿装置,其以电液比例方向阀和变量泵为控制对象,实现了对液压缸活塞运动的实时控制,进而对海浪升沉造成的钻柱运动进行补偿。建立了主动式钻柱升沉补偿装置系统的数学模型,设计、搭建升沉补偿实验台实现了升沉运动和动态负载的实验模拟,并进行了阀控和泵控加阀控的主动升沉补偿实验。结果表明:主动阀控方案具有较好的补偿效果,但消耗能量较大;泵控加阀控方案能耗较低,但控制策略要求较高,补偿效果稍差。

有缆水下机器人主动升沉补偿控制研究

针对母船的升沉运动影响有缆水下机器人的释放与回收的工程实际需求,提出了利用液压绞车降低中继器的升沉速度来实现水下机器人主动升沉补偿控制的方法,来提高水下机器人释放与回收的安全性能。建立液压绞车的数学模型并设计主动升沉补偿前馈控制器。水下机器人主动升沉补偿实验表明液压系统的非线性降低了液压绞车主动升沉补偿前馈控制的升沉补偿效率。针对液压绞车的非线性特性,设计了液压绞车主动升沉补偿预测控制算法,仿真实验表明基于液压系统参数辨识的液压绞车主动升沉补偿预测控制可以得到较高的升沉补偿效率。

钻柱液压升沉补偿系统参数计算及比较分析

利用AMESim仿真软件,对目前使用的升沉补偿系统进行仿真,针对被动式、主动式、半主动式的升沉补偿系统的特点进行分析,并对其补偿效果进行比较。仿真结果表明,半主动式升沉补偿系统有很大的优越性。

基于AMESim的浮式钻井平台钻柱升沉补偿系统仿真研究

针对海浪升沉运动对钻柱和钻压的影响,设计基于电液比例阀控制非对称油缸的海洋浮式钻井平台钻柱升沉补偿系统。通过对系统中电液比例阀和液压缸进行分析,搭建了基于AMESim软件的主动补偿和半主动补偿系统仿真模型,运用PID控制算法进行仿真研究。仿真结果表明,设计的补偿系统具有较好的补偿效果。该模型可为升沉补偿系统研究提供参考。

半主动式钻柱升沉补偿系统补偿机理分析

运用达朗伯原理,结合钻柱的运动规律,分别建立了并联和串联2种形式的半主动式钻柱升沉补偿装置力学模型,分析比较这2种半主动式升沉补偿装置的补偿机理。结果表明,在半主动式升沉补偿系统中,被动补偿部分所起的作用是支撑钻柱的大部分质量,主动补偿部分只是用来补偿各种力的变化量;由于并联式结构比串联式结构的执行原件多,所以其液压系统相对复杂,但当船体升沉位移较大和深海钻进所需的补偿负载较大时,并联式结构又优于串联式结构;在正常钻进工况下,当控制目标为控制井底钻压不变时,并联式钻柱升沉补偿系统只能通过控制补偿系统的输出力恒定来达到控制目标,而串联式结构则可以通过控制补偿系统的输出压力或输出力恒定来达到控制目标。

浮式钻井平台升沉补偿系统主动力研究

为了提高浮式钻井平台升沉补偿系统的补偿效率,在被动补偿的基础上增设主动补偿系统。主动式补偿系统中主动力是关键参数之一,对系统的综合性能有重要影响。建立了天车补偿系统数学模型,基于Simulink软件系统,对主动力的影响因素开展研究。分析了补偿缸支撑载荷和储能器工作容积对主动力的影响规律,为补偿系统的开发提供设计依据和技术支撑。