主动式电动波浪补偿起重机的控制系统和控制方法与流程

本发明涉及海上起重机领域，尤其涉及一种波浪补偿起重机的控制系统和控制方法，该起重机适用于海面吊装与水下安装。

背景技术：

随着现代海洋工程的大力发展，各种安装于工程船、钻井平台等海洋浮动体上的起重机也应用越来越多。由于海浪等因素的干扰，使安装于浮动体上的起重机也受到干扰，进一步引起相关的起升负载载荷产生相应的干扰运动,从而危及到整个吊装作业的安仝性与精确性。

波浪补偿是指因海面起伏引起作业装备产生波动而进行的补偿校正。波浪补偿技术主要应用于海上补给，海洋钻井、深海探测等方面。通过波浪补偿能够大大增强操作人员和吊装设备的安全性以及保证水下安装的精准性，同时减少因为天气因素而带来的作业停工。例如，申请号为CN201210219968.4的中国专利文件提供了一种主动升沉波浪补偿控制系统，包括：起升卷筒、船舶姿态运动传感器、绝对值编码器、张力传感器和补偿设备。起升卷筒安装在离岸起重机上，通过钢丝绳绕过支臂前端的悬挂支点吊装负载，负载浸没于水面下。船舶姿态运动传感器实时检测船舶升沉运动。绝对值编码器实时检测起升卷筒的运动状况。张力传感器实时检测钢丝绳的动态张力。补偿设备连接到船舶姿态运动传感器、绝对值编码器和张力传感器，补偿设备基于历史数据和实时检测的船舶升沉运动、升卷筒的运动状况和钢丝绳的动态张力的数据计算预测参数，并基于预测参数施加补偿电压于起升卷筒。本发明还揭示了一种主动升沉波浪补偿控制方法。

基于以上优点，有必要设计一种主动式升沉波浪补偿起重机。目前国际上的主动式波浪补偿起重机的控制系统主要采用液压驱动控制，例如申请号为CN200910056001.7的专利文献就提供了一种超大型浮吊的重载打捞波浪补偿系统，包括机械系统、液压系统、监控系统以及液压油缸和蓄能器的控制等，机械系统由起升卷筒、各套滑轮、钢丝绳、大吨位吊钩组成；液压系统由油缸、蓄能器、液压油泵、液压阀组成；监控系统由浮吊本体位移监测、浮吊船体位移监测、浮吊起吊重物位移监测组成。本发明解决了超大型浮吊重载打捞时、重物被吊出水面的瞬间，由于重物体积庞大，海水形成涡流使浮吊船体船倾且摇摆不定，而吊重也随之摇摆，无法控制的问题；以及解决海上吊装大型结构时，波浪对浮吊船体影响导致的海上平台对接困难问题，保证货物着落到船甲板安全或海洋平台安装安全；而且允许船有一定的倾斜，适应海上作业的恶劣工况。

然而，上述的液压驱动控制系统和油缸驱动系统具有结构复杂，效率较低，能耗较大等问题。本发明针对上述起重机驱动控制系统的缺点，提出了一种主动式电动波浪补偿起重机的控制系统和控制方法。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种主动式电动波浪补偿起重机的控制系统，起重机固定于离岸母船上，包括卷筒系统、臂架系统和控制臂架系统的人工操作手柄，卷筒系统包括波浪补偿卷筒、多个驱动波浪补偿卷筒转动的电动机和围绕波浪补偿卷筒的吊装绳，吊装绳连接波浪补偿卷筒和臂架系统，其长度随着波浪补偿卷筒的转动而伸缩，从而控制臂架系统的运动姿态，控制系统包括：波浪补偿计算装置，用于实时采集离岸母船当前的运动数据，并根据运动数据计算波浪补偿数据；手柄数据转换装置，将人工操作手柄输入的指令转换为手柄数据；卷筒控制器，用于实时采集波浪补偿卷筒当前的起升限位数据和驱动状态数据，并根据接收到的驱动命令控制电动机运转；中央控制器，用于读取波浪补偿数据和手柄数据，将波浪补偿数据和手柄数据叠加计算得到合成转速，并读取卷筒控制器中的起升限位数据和驱动状态数据来对起重机的当前运动状态进行判断，如果当前运动状态正常，则向卷筒控制器发送包含合成转速的驱动命令，以驱动电动机运转；如果当前运动状态不正常，则向卷筒控制器发出停机命令，以终止电动机运转。

优选地，电动机采用永磁同步大扭矩电机。

进一步地，卷筒系统位于离岸母船的船舱内，臂架系统包括起重机臂架、摆动滑轮、改向滑轮和用于吊装重物的吊钩，吊装绳依次连接波浪补偿卷筒、摆动滑轮、改向滑轮和吊钩，其长度随着波浪补偿卷筒的转动而伸缩，从而控制臂架系统的运动姿态。

进一步地，臂架系统上还设有臂架控制器和与臂架控制器相连接的臂架编码器，臂架编码器用于记录起重机臂架的俯仰角度，从而计算出臂架系统的幅度数据；臂架控制器读取幅度数据并将之传输给中央控制器。

优选地，起重机臂架包括固定于离岸母船的的下筒体、与下筒体通过回转装置连接的上筒体、安装于上筒体的主臂架和与主臂架连接的副臂架；其中，回转装置内设有回转驱动装置和回转编码器，回转编码器用于记录上筒体相对于离岸母船的回转角度，并通过臂架控制器将回转角度传输给中央控制器。

进一步地，回转驱动装置采用液压驱动。

优选地，卷筒系统的电动机连接于多个逆变器构成的逆变器单元，逆变器单元与卷筒控制器相连接，其中，多个逆变器分别与多个电动机一一对应连接，且多个逆变器共同使用一根直流母线，直流母线连接于外部电源。

进一步地，逆变器单元通过现场总线或者工业以太网与卷筒控制器进行数据传输。

优选地，卷筒系统还包括整流变压器和将交流电转换为直流电的整流单元，整流变压器通过直流母线连接整流单元前端，整流单元后端通过直流母线与逆变器单元连接。

进一步地，卷筒系统还包括整流单元控制器，用于采集整流单元的运行参数，并将运行参数通过卷筒控制器传输给中央控制器。

优选地，卷筒系统还包括卷筒编码器，用于计算波浪补偿卷筒的转速和圈数，卷筒编码器通过卷筒控制器连接于中央控制器，并将转速和圈数通过卷筒控制器传输给中央控制器。

进一步地，卷筒系统还设有相互连接的电容模块和电容模块控制器，电容模块连接于直流母线上，用于补偿或者吸收电动机的功率，电容模块控制器通过卷筒控制器连接于中央控制器，并将电容模块的功率信号传输给中央控制器。

优选地，卷筒系统还设有相互连接的锂电池组模块和电池组模块控制器，锂电池组模块用于持续吸收电动机的再生能量，电池组模块控制器通过卷筒控制器连接于中央控制器，并将锂电池组模块的功率信号传输给中央控制器。

进一步地，卷筒系统还设有相互连接的制动电阻模块和电阻模块控制器，制动电阻用于消耗电动机的多余的且无法被电容模块或锂电池组模块吸收的再生能量，电阻模块控制器通过卷筒控制器连接于中央控制器，并将制动电阻模块的功率信号传输给中央控制器。

优选地，逆变器单元、电动机和制动电阻模块分别连接于外部的淡水冷却设备来进行热交换，中央控制器连接于淡水冷却设备，并对淡水冷却设备中的水温和流量进行实时监控。

卷筒系统进一步地，控制系统还包括连接于波浪补偿计算装置的运动参考单元，运动参考单元用于实时测量离岸母船的升沉信号，并将升沉信号传输给波浪补偿计算装置。

优选地，波浪补偿计算装置是根据设定的主动升沉补偿算法和接收到的升沉信号来计算得到波浪补偿数据的。

进一步地，臂架系统上还装载有重量传感器，用于检测吊装绳上的负载重量；控制系统还包括力矩限制器系统，用于采集负载重量数据和计算预定方向的额定载重量，当负载重量超过预设比例的额定载重量时，力矩限制系统报警并向中央控制器发出限制运行信号，以限制起重机继续向预定方向运行。

优选地，还包括起重机管理系统，起重机管理系统与中央控制器连接，用于接收和存储中央控制器的数据信息。

进一步地，起重机管理系统包括显示屏，用于显示中央控制器的数据信息。

优选地，显示屏为触摸屏，并且设有人工调试界面，用于输入人工调试参数信息。

进一步地，起重机管理系统还包括记录模块，用于按照设定的时间间隔来记录起重机的运行过程的操作内容、操作人员、操作时间和实时运行参数信息。

优选地，中央控制器通过现场总线或者工业以太网与起重机的各个部分进行数据传输。

进一步地，卷筒控制器通过光电转换模块连接于中央控制器。

本发明还公开了一种主动式电动波浪补偿起重机的控制方法，起重机固定于离岸母船上，包括卷筒系统、臂架系统和控制臂架系统的人工操作手柄，卷筒系统包括波浪补偿卷筒、多个驱动波浪补偿卷筒转动的电动机和围绕波浪补偿卷筒的吊装绳，吊装绳连接波浪补偿卷筒和臂架系统，其长度随着波浪补偿卷筒的转动而伸缩，从而控制臂架系统的运动姿态，控制方法包括以下步骤：波浪补偿计算，实时采集离岸母船当前的运动数据，并根据运动数据计算波浪补偿数据；手柄数据转换，将人工操作手柄输入的指令转换为手柄数据；叠加计算，将波浪补偿数据和手柄数据叠加计算得到合成转速；状态判断，实时采集波浪补偿卷筒当前的起升限位数据和驱动状态数据，并对起重机的当前运动状态进行判断；下发命令，如果当前运动状态正常，则发出包含合成转速的驱动命令以驱动电动机运转；如果当前运动状态不正常，则发出停机命令以终止电动机运转。

进一步地，波浪补偿计算是根据设定的主动升沉补偿算法来计算得到波浪补偿数据的。

优选地，臂架系统上还装载有重量传感器，用于检测吊装绳上的负载重量；控制方法还包括：采集负载重量数据并计算预定方向的额定载重量，当负载重量超过预设比例的额定载重量时则发出限制运行信号，以限制起重机继续向预定方向运行。

如上，利用本发明的主动式电动波浪补偿起重机的控制系统和控制方法，结构简单，相对于传统的液压驱动控制系统大大提高了驱动效率，并同时减小了能源损耗，且应用了超级电容和锂电池来提供波浪补偿时的能量，有效降低了船舶发电机的装机功率，具有很高的实用价值。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明的第一实施例中的主动式电动波浪补偿起重机的控制系统的模块连接图；

图2为本发明的第二、第三和第四实施例中的主动式电动波浪补偿起重机的控制系统整体模块连接图；

图3-1为本发明的第二实施例中的折臂式波浪补偿起重机的结构示意图；

图3-2为本发明的吊装绳的出绳角度示意图；

图4为本发明的第二、第三和第四实施例中的卷筒系统10的内部模块连接示意图

图5为本发明的第三实施例的人字架式的波浪补偿起重机的结构示意图；

图6为本发明的第四实施例的浮式波浪补偿起重机的结构示意图；

图7为本发明的第五实施例的主动式电动波浪补偿起重机的控制方法流程图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”，不应理解为对本发明的限制。

【第一实施例】

如附图1中所示，本发明提供了一种主动式电动波浪补偿起重机的控制系统，起重机固定于离岸母船上，包括卷筒系统、臂架系统和控制臂架系统的人工操作手柄，卷筒系统包括波浪补偿卷筒、多个驱动波浪补偿卷筒转动的电动机和围绕波浪补偿卷筒的吊装绳，吊装绳依次连接波浪补偿卷筒和臂架系统，其长度随着波浪补偿卷筒的转动而伸缩，从而控制臂架系统的运动姿态，本发明第一实施例的控制系统包括：

波浪补偿计算装置101，用于实时采集离岸母船当前的运动数据，并根据运动数据计算波浪补偿数据；

手柄数据转换装置102，将人工操作手柄输入的指令转换为手柄数据；

卷筒控制器103，用于实时采集波浪补偿卷筒当前的起升限位数据和驱动状态数据，并根据接收到的驱动命令控制电动机运转；

中央控制器104，用于读取波浪补偿数据和手柄数据，将波浪补偿数据和手柄数据叠加计算得到合成转速，并读取卷筒控制器103中的起升限位数据和驱动状态数据来对起重机的当前运动状态进行判断，如果当前运动状态正常，则向卷筒控制器发送包含合成转速的驱动命令，以驱动电动机运转；如果当前运动状态不正常，则向卷筒控制器发出停机命令，以终止电动机运转。

其中，起重机的运动状态可以根据卷筒控制器103所采集的波浪补偿卷筒的起升限位数据和驱动状态数据来进行判断，当起升限位数据和驱动状态数据处于预定的正常数据范围以内时，认为起重机的运动状态正常，此时，中央控制器104向卷筒控制器103下发包含有合成转速的驱动命令，驱动电动机运转，电动机带动波浪补偿卷筒以合成转速转动；当起升限位数据和驱动状态数据超出预定的正常数据范围时，认为起重机的运动状态不正常，可能发生超速、紧急停机等状况，此时，中央控制器104向卷筒控制器103下发停机命令，以终止电动机运转，使得波浪补偿卷筒停止转动。

优选地，电动机采用永磁同步大扭矩电动机。此种电动机具有以下特点：1.低速大扭矩，能够减小机械减速箱的传动比；2.结构紧凑，其长度和体积相比于同功率的交流异步电动机小很多；3.需要使用水冷却，从而能够满足在船舱内安装的要求。

进一步地，卷筒系统可以将起重机中的卷筒系统布置在离岸母船的船舱内，并通过摆动滑轮和改向滑轮构成的滑轮组把波浪补偿卷筒的吊装绳引导到臂架系统上，从而减小起重机在甲板上的占据空间。起重机的臂架系统包括起重机臂架、上述的摆动滑轮、改向滑轮和用于吊装重物的吊钩，吊装绳自船舱内依次连接波浪补偿卷筒、摆动滑轮、改向滑轮和吊钩，其长度随着波浪补偿卷筒的转动而伸缩，从而控制臂架系统的运动姿态。本实施例中的吊装绳为钢丝绳。臂架系统的运动姿态是指起重机臂架相对于水平面的俯仰角度，以及臂架系统的各部分结构之间的相对位置关系。

更为具体地，卷筒控制器103连接于波浪补偿卷筒上安装的绝对位置编码器来实时采集波浪补偿卷筒当前的起升限位数据和驱动状态数据的，卷筒控制器103可采用设置于波浪补偿卷筒上的一个或多个PLC(可编程逻辑控制器)来实现，该一个或多个PLC通过现场总线或者以太网与中央控制器104相连接来进行数据通信。进一步地，卷筒控制器103可以通过光电转换模块连接于中央控制器104，即现场总线信号可以使用光纤经过电缆拖链连接卷筒控制器103和位于起重机上部的中央控制器104。

进一步地，本发明第一实施例的控制系统还包括连接于波浪补偿计算装置的运动参考单元，运动参考单元用于实时测量离岸母船的升沉信号，并将升沉信号传输给波浪补偿计算装置101。具体地，波浪补偿计算装置101是根据设定的主动升沉补偿算法和接收到的升沉信号来计算得到波浪补偿数据的。其中，主动升沉补偿算法可参考申请号为CN201210219968.4的中国专利文献中所提供的计算方法，该方法通过运动参考单元来获取波浪的升沉数据，在线辨识升沉运动模型，基于此模型进行升沉运动短周期预报，然后利用波浪补偿计算装置进行前馈-反馈复合控制算法决策，把波浪补偿所需的线速度和方向计算出并传输给中央控制器。本发明所提供的控制系统并不限于使用上述专利文献中提供的方法，还可以采用其他能够达到相同目的的主动升沉补偿算法。

其中，中央控制器104为起重机的核心控制器，同样可采用PLC来进行控制，其接收所有外界信号并经过逻辑处理后输出到起重机各个部分的输入输出单元和其他控制单元。同时也接收波浪补偿计算装置101输出的波浪补偿所需的转速数据来作为波浪补偿的数据输入。优选地，中央控制器104通过现场总线或者工业以太网与起重机的各个部分进行数据传输。

进一步地，上述起重机的臂架系统上还装载有重量传感器，该重量传感器用于检测吊装绳上的负载重量；基于此，本发明第一实施例中的控制系统还可以包括力矩限制器系统，力矩限制控制器系统用于采集该负载重量数据和计算预定方向的额定载重量，当负载重量超过预设比例的额定载重量时，力矩限制系统报警并向中央控制器发出限制运行信号，以限制起重机继续向预定方向运行。具体地，力矩限制器系统通过装载的重量传感器接收吊装绳上的负载，并根据预先设计的吊载曲线来进行允许载重量的计算，例如当该负载重量超过额定载重量110％时则发出报警信号，并通知中央控制器禁止起重机继续往预定的危险方向运行。其中，吊载曲线是指机械设计根据受力分析之后得出的载重量与幅度之间的关系，把这种关系绘制成的曲线。

优选地，还包括起重机管理系统，起重机管理系统与中央控制器104连接，用于接收和存储中央控制器104的数据信息。进一步地，起重机管理系统包括显示屏，用于显示中央控制器104的数据信息。优选地，显示屏上可以为触摸屏，并且设有人工调试界面，用于供操作者输入人工调试参数信息。进一步地，起重机管理系统还包括记录模块，用于按照设定的时间间隔来记录起重机运行过程中的操作内容、操作人员、操作时间和实时运行参数等信息。

更为具体地，起重机管理系统的硬件基于触摸屏，其显示尺寸可在15英寸以上，彩色图形显示并配置至少1GB存储空间。起重机管理系统通过以太网与中央控制器104连接进行交换数据。其显示屏上能够显示机构的运行数据，例如波浪补偿卷筒的转速、吊装绳的高度、幅度、载重量；显示限位情况，例如减速停止位置；显示电动机情况，例如电压、电流、力矩的情况；显示故障报警及其历史记录，能够把当前发生未确认的报警重点提示，并提供历史报警记录的查询；其显示屏针对现场调试人员，还具有专用的调试界面，允许调试人员在登录具有修改权限后能够修改运行的设定参数。此外，起重机管理系统还可以具备数据记录功能，把需要采样的数据进行设置，其能够按照设定的时间间隔记录到文件，供起重机维护管理时查询。

本发明第一实施例的主动式电动波浪补偿起重机的控制系统的结构简单，相对于传统的液压驱动控制系统能够大大提高驱动效率，并同时减小了能源损耗，具有很高的实用价值。

【第二实施例】

如附图3-1中所示，本发明提供了一种主动式电动波浪补偿起重机的控制系统，起重机固定于离岸母船上，包括卷筒系统10、臂架系统20和控制臂架系统20的人工操作手柄，卷筒系统10包括波浪补偿卷筒、多个驱动波浪补偿卷筒转动的电动机和围绕波浪补偿卷筒的吊装绳，吊装绳依次连接波浪补偿卷筒和臂架系统20，其长度随着波浪补偿卷筒的转动而伸缩，从而控制臂架系统20的运动姿态，如附图2中所示，本发明第二实施例的控制系统包括：

波浪补偿计算装置101，用于实时采集离岸母船当前的运动数据，并根据运动数据计算波浪补偿数据；

手柄数据转换装置102，将人工操作手柄输入的指令转换为手柄数据；

卷筒控制器103，用于实时采集波浪补偿卷筒当前的起升限位数据和驱动状态数据，并根据接收到的驱动命令控制电动机运转；

中央控制器104，用于读取波浪补偿数据和手柄数据，将波浪补偿数据和手柄数据叠加计算得到合成转速，并读取卷筒控制器103中的起升限位数据和驱动状态数据来对起重机的当前运动状态进行判断，如果当前运动状态正常，则将包含合成转速的驱动命令传递给卷筒控制器，以驱动电动机运转；如果当前运动状态不正常，则向卷筒控制器103发出停机命令，以终止电动机3运转。

其中，起重机200的运动状态可以根据卷筒控制器103所采集的波浪补偿卷筒1的起升限位数据和驱动状态数据来进行判断，当起升限位数据和驱动状态数据处于预定的正常数据范围以内时，认为起重机200的运动状态正常，此时，中央控制器104向卷筒控制器103下发包含有合成转速的驱动命令，驱动电动机3运转，电动机3带动波浪补偿卷筒1以合成转速转动；当起升限位数据和驱动状态数据超出预定的正常数据范围时，认为起重机200的运动状态不正常，可能发生超速、紧急停机等状况，此时，中央控制器104向卷筒控制器103下发停机命令，以终止电动机3运转，使得波浪补偿卷筒1停止转动。

进一步地，中央控制器104将波浪补偿数据和手柄数据叠加计算得到合成转速，该叠加计算可以参考参考申请号为CN201210219968.4的中国专利文献中所提供的计算方法。

以下结合图3-1中的一种折臂式波浪补偿起重机的结构来详细说明本实施例中的控制系统：

如图3-1所示，起重机200固定于离岸母船上，包括卷筒系统10、臂架系统20和控制臂架系统20的人工操作手柄，卷筒系统10包括波浪补偿卷筒1、多个驱动波浪补偿卷筒1转动的电动机3和围绕波浪补偿卷筒1的吊装绳4，吊装绳4依次连接波浪补偿卷筒1和臂架系统20，其长度随着波浪补偿卷筒1的转动而伸缩，从而控制臂架系统20的运动姿态。本实施例中的吊装绳4为钢丝绳。

如图3-1中所示，波浪补偿卷筒1单侧布置6个电动机3，电动机3可以采用永磁同步电机，其通过减速箱连接到波浪补偿卷筒1，每个电动机3对应有将直流电转换为交流电的逆变器。其中，减速箱是一种降低转速，增加转矩的机械。摆动滑轮5能够追踪吊装绳4的位置，保证吊装绳4的出绳角小于1.5度，满足折线卷筒的要求。折线卷筒的优点在于：钢丝绳多层缠绕时，能够保证多层缠绕的上、下层钢丝绳之间有序相嵌，排列整齐，平稳过渡而不乱绳，改善钢丝绳之间的接触性能，进而能够减少磨损，延长使用寿命。与缠绕同样长度钢丝绳的单层卷筒相比，折线卷筒的长度大大缩短，从而减小出绳角度，简化结构，减轻设备重量。如图3-2所示，这里的出绳角度是指夹角α。优选地，电动机3采用永磁同步大扭矩电动机。此种电动机具有以下特点：1.低速大扭矩，能够减小机械减速箱的传动比；2.结构紧凑，其长度和体积相比于同功率的交流异步电动机小很多；3.需要使用水冷却，从而能够满足在船舱内安装的要求。电机数量可按照实际情况进行增减。

进一步地，卷筒系统10可以将卷筒系统10布置在离岸母船的船舱内，并通过摆动滑轮5和改向滑轮构6成的滑轮组把波浪补偿卷筒1的吊装绳4引导到臂架系统20上，从而减小起重机200在甲板上的占据空间。起重机200的臂架系统20包括起重机臂架9、摆动滑轮5、改向滑轮6和用于吊装重物的吊钩7，吊装绳4自船舱内依次连接波浪补偿卷筒1、摆动滑轮5、改向滑轮6和吊钩7，其长度随着卷筒系统101的转动而伸缩，从而控制臂架系统20的运动姿态。

臂架系统20的运动姿态是指起重机臂架9相对于水平面的俯仰角度，以及臂架系统20的各部分结构之间的相对位置关系。

进一步地，起重机臂架9包括固定于离岸母船的下筒体8a、与下筒体8a通过回转装置连接的上筒体8b、安装于上筒体8b的主臂架9a和与主臂架9a连接的副臂架9b；其中，回转装置内设有回转驱动装置11和回转编码器107，回转编码器107用于记录上筒体8b相对于离岸母船的回转角度；主臂架9a与上筒体8b的连接处、主臂架9a与副臂架9b的连接处分别设有变幅驱动装置和臂架编码器106，臂架编码器106用于记录主臂架9a和副臂架9b的俯仰角度，从而计算出臂架系统20的幅度数据。

优选地，臂架系统20上还设有臂架控制器105，臂架控制器105连接于回转编码器107和臂架编码器106，用于读取上述的回转角度和幅度数据并将之传输给中央控制器104。

优选地，下筒体8a与船体焊接在一起，上筒体8b为能够旋转的起重机部分。上筒体8b上端安装改向滑轮6a，把从下筒体8a的摆动滑轮5引导上来的起升吊装绳4导向到臂架系统20主臂架9a和副臂架9b，主臂架9a和副臂架9b由油缸带动，油缸作为本实施例中的起重机的变幅驱动装置。主臂架9a与上筒体8b的连接处、副臂架9b与主臂架9a的连接处分别设有改向滑轮6a和6b。如图2中所示，主臂架9a与副臂架9b通过设计成折叠式臂架，能够在起重机200不工作时大幅减少空间占用，方便在船舶或者平台上的布置。

其中，臂架编码器106可以包括主臂架编码器和副臂架编码器，主臂架编码器为服务于主臂架9a的绝对值编码器，用来计算主臂架9a和筒体8之间的回转角度，此角度可以用来计算臂架系统20的幅度数据；同理，副臂架编码器为服务于副臂架9b的绝对值编码器，用来计算副臂架9b和主臂架9a之间的回转角度，此角度也用来计算臂架系统20的幅度数据。

进一步地，回转装置内设置的回转驱动装置11为回转马达，回转驱动装置和变幅驱动装置均采用液压驱动。具体地，本实施例中的起重机的回转和变幅机构由液压驱动。回转机构由于与波浪补偿无关，不需要高响应要求，只需要满足常规功能即可，为了节约在上筒体的空间布置，故使用液压驱动。而变幅均使用油缸形式，这样相比钢丝绳变幅方案同样节约空间，容易实现过载保护功能。以上电动机数量均可按照项目实际进行增减。

如图4中所示，卷筒系统10包括由多个逆变器构成的逆变器单元108，逆变器单元108用来控制多个电动机3构成的电动机单元。多个逆变器分别与多个电动机3一一对应连接，且多个逆变器共同使用一根直流母线，该直流母线连接于外部供电电源。

进一步地，逆变器单元108与卷筒控制器103相连接，并且通过现场总线或者工业以太网与卷筒控制器103进行数据传输。较加地，本实施例中的波浪补偿卷筒内部的电气控制可以均采用采用现场总线技术(例如Profibus-DP)或者工业以太网技术(例如Profinet)进行通讯。

优选地，如图4中所示，卷筒系统10还包括整流变压器109和将交流电转换为直流电的整流单元110，整流变压器109通过上述的直流母线连接整流单元110前端，整流单元110后端通过直流母线与逆变器单元108连接，即外部的供电电源依次通过整流变压器109、整流单元110和逆变器单元108连接于电动机3。更为具体地，本实施例中的整流变压器109可以为12脉冲整流变压器，用来把进线的3相供电电源调节到合适的电压并分成2路带正负7.5度相位角的电源，这样可以有效地改善电源质量；整流单元110可以是多传动变频系统的整流单元，选用二极管整流方式，把3相交流电源转换为直流电源，为逆变器单元108提供能量。根据具体设计整流变压器也可为24或者36脉冲变压器，整流单元也可为可控电力电子元件整流方式。

进一步地，卷筒系统10还包括整流单元控制器111，用于采集整流单元110的如电源、电压等信号的运行参数，并将这些运行参数通过卷筒控制器103传输给中央控制器104。

优选地，卷筒系统10还包括卷筒编码器112，用于计算波浪补偿卷筒1的转速和圈数，卷筒编码器112通过卷筒控制器103连接于中央控制器104，并将计算出的转速和圈数通过卷筒控制器103传输给中央控制器104；具体地，卷筒编码器112为服务于波浪补偿卷筒1的绝对值编码器，把波浪补偿卷筒1的运行转速和圈数等参数反馈回中央控制器104，以供中央控制器104计算吊装绳4的出绳量以及对应目前的吊装绳4外径来改变波浪补偿卷筒1的角速度。

进一步地，卷筒系统10还包括相互连接的电容模块113和电容模块控制器114，电容模块113连接于直流母线上，用于补偿或者吸收电动机3的功率，电容模块控制器114通过卷筒控制器103连接于中央控制器104，并将电容模块113的功率信号传输给中央控制器104。电容模块113为大容量电容模块，大容量电容模块主要用来满足波浪补偿时的瞬间功率需求。由于波浪补偿时波浪补偿卷筒1为往复正反转运动，其上升时需要消耗功率，此功率可以由大容量电容模块的储存能量来补充；其下降时电动机3变成发电机产生功率，此功率即为再生能量，此时由大容量电容模块来吸收此再生能量。这样在扣除机械损耗和电气损耗后，大部分的能量通过大容量电容模块充放电使用，可以大大减少对于离岸母船的船舶发电动机的能量需求。

优选地，卷筒系统10还包括相互连接的锂电池组模块117和电池组模块控制器118，锂电池组模块117用于持续吸收电动机3的再生能量，此再生能量为波浪补偿卷筒1下降时电动机3变成发电机产生的功率。电池组模块控制器118通过卷筒控制器103连接于中央控制器104，并将锂电池组模块117的功率信号传输给中央控制器104。由于大容量电容瞬间充放电性能高，但是能量存储密度低，而锂电池组能够持续吸收较大的再生能量，在需要能量的时候输出，能够配合电容模块113来共同减少整套波浪补偿装置的能源消耗。优选地，卷筒系统10还包括相互连接的制动电阻模块115和电阻模块控制器116，制动电阻115用于消耗电动机3的多余功率，电阻模块控制器116通过卷筒控制器103连接于中央控制器104，并将制动电阻模块115的功率信号传输给中央控制器104。较加地，电阻模块控制器116为控制制动电阻模块115制动功率的制动斩波器，当起重机200长时间处于下降工况，电动机3发电产生的功率已经无法被电容模块113或者锂电池组模块117吸收的情况下，就需要开启制动电阻模块115把能量变成热量消耗掉。

进一步地，上述的逆变器单元108、电动机3和制动电阻模块115分别连接于外部的淡水冷却设备来进行热交换，淡水冷却设备连接于中央控制器104，由中央控制器104对淡水冷却设备中的水温和流量进行实时监控。当起重机200设计吨位大，波浪补偿卷筒1只能布置到船舱内时，常规的空气冷却无法满足要求。所以逆变器单元108、电动机3和制动电阻模块115均使用水冷却系统，此3个单元共用一个淡水冷却系统，通过换热器与船体提供的海水进行热交换。中央控制器104系统对淡水的水温和流量进行监控，如果水温高于警戒值、或者流量低于警戒值则会限制波浪补偿系统的运行。

本实施例的卷筒系统10的设计有利于再生能量的吸收和使用。在波浪补偿卷筒1长时间处于上升状态时，主要的能量由整流单元110提供，即使用船体发电机的能量；长时间处于下降状态时，此时电动机3会再生能量，而电容和锂电池无法吸收所有的能量，此时制动电阻模块115开始工作，制动电阻发热，把再生能量变成热量。当波浪补偿卷筒1处于补偿模式时，上升状态所需要的能量由电容补充，如有不足还可以由锂电池组提供；处于下降状态时，所产生的再生能量由电容吸收，如还有剩余能量由锂电池组吸收。从而最大程度地减少能量损耗，有利于能量的循环再生利用。本发明第二实施例的主动式电动波浪补偿起重机的控制系统，利用超级电容模块和锂电池组模块来吸收再生能量，有效降低了船舶发电机功率，有利于节能，能够获得更好的经济效益。

进一步地，控制系统还包括连接于波浪补偿计算装置101的运动参考单元119，运动参考单元119用于实时测量离岸母船的升沉信号，并将升沉信号传输给波浪补偿计算装置101。具体来讲，运动参考单元119用来检测离岸母船的船体垂直方向的运行数据，并将该数据通过以太网发送到中央控制器。

优选地，波浪补偿计算装置101是根据设定的主动升沉补偿算法和接收到的升沉信号来计算得到波浪补偿数据的。其中，主动升沉补偿算法可参考申请号为CN201210219968.4的中国专利文献中所提供的计算方法，该方法通过运动参考单元获取波浪的升沉数据，在线辨识升沉运动模型，基于此模型进行升沉运动短周期预报，然后利用波浪补偿计算装置进行前馈-反馈复合控制算法决策，把波浪补偿所需的线速度和方向计算出并传输给中央控制器。本发明所提供的控制系统并不限于使用上述专利文献中提供的方法，还可以采用其他能够达到相同目的的主动升沉补偿算法。

进一步地，臂架系统20上还装载有重量传感器12，该重量传感器12用于检测吊装绳4上的负载重量；基于此，本发明第二实施例中的控制系统还可以包括力矩限制器系统120，用于采集该负载重量数据和计算预定方向的额定载重量，当负载重量超过预设比例的额定载重量时，力矩限制系统120报警并向中央控制器104发出限制运行信号，以限制起重机200继续向预定方向运行。具体地，力矩限制器系统120通过装载的重量传感器12接收吊装绳4上的负载，并根据预先设计的吊载曲线来进行允许载重量的计算，例如当该负载重量超过额定载重量110％时则发出报警信号，并通知中央控制器104禁止起重机继续往预定的危险方向运行。其中，吊载曲线是指机械设计根据受力分析之后得出的载重量与幅度之间的关系，把这种关系绘制成的曲线。

优选地，控制系统还包括起重机管理系统121，起重机管理系统121与中央控制器104连接，用于接收和存储中央控制器104的数据信息。进一步地，起重机管理系统121包括显示屏，用于显示中央控制器104的数据信息。优选地，显示屏上设有人工调试界面，用于输入人工调试参数信息。进一步地，起重机管理系统121还包括记录模块，用于按照设定的时间间隔来记录起重机200运行过程中的操作内容、操作人员、操作时间和实时运行参数等信息。

更为具体地，起重机管理系统121的硬件基于触摸屏，其显示尺寸可在15英寸以上，彩色图形显示并配置至少1GB存储空间。起重机管理系统121通过工业以太网与中央控制器104连接进行交换数据。其显示屏上能够显示机构的运行数据，例如波浪补偿卷筒1的转速、吊装绳4的高度、幅度、载重量；显示限位情况，例如减速停止位置；显示电动机3情况，例如电压、电流、力矩的情况；显示故障报警及其历史记录，能够把当前发生未确认的报警重点提示，并提供历史报警记录的查询；其显示屏针对现场调试人员，还具有专用的调试界面，允许调试人员在登录具有修改权限后能够修改运行的设定参数。此外，起重机管理系统121还可以具备数据记录功能，把需要采样的数据进行设置，其能够按照设定的时间间隔记录到文件，供起重机200维护管理时查询。

优选地，中央控制器104通过现场总线或者工业以太网与起重机200的各个部分进行数据传输，例如图2中所示，中央控制器104通过以太网的网络交换机连接于波浪补偿计算装置101、手柄数据转换装置102等。进一步地，卷筒控制器103通过光电转换模块连接于中央控制器104。

【第三实施例】

如附图5中所示，本发明提供了一种主动式电动波浪补偿起重机的控制系统，起重机固定于离岸母船上，包括卷筒系统10、臂架系统20和控制臂架系统20的人工操作手柄，卷筒系统10包括波浪补偿卷筒、多个驱动波浪补偿卷筒转动的电动机和围绕波浪补偿卷筒的吊装绳，吊装绳依次连接波浪补偿卷筒和臂架系统20，其长度随着波浪补偿卷筒的转动而伸缩，从而控制臂架系统20的运动姿态，如图2中所示，本发明第三实施例的控制系统包括：

波浪补偿计算装置101，用于实时采集离岸母船当前的运动数据，并根据运动数据计算波浪补偿数据；

手柄数据转换装置102，将人工操作手柄输入的指令转换为手柄数据；

卷筒控制器103，用于实时采集波浪补偿卷筒当前的起升限位数据和驱动状态数据，并根据接收到的驱动命令控制电动机运转；

中央控制器104，用于读取波浪补偿数据和手柄数据，将波浪补偿数据和手柄数据叠加计算得到合成转速，并读取卷筒控制器103中的起升限位数据和驱动状态数据来对起重机的当前运动状态进行判断，如果当前运动状态正常，则将包含合成转速的驱动命令传递给卷筒控制器，以驱动电动机运转；如果当前运动状态不正常，则向卷筒控制器发出停机命令，以终止电动机运转。

其中，起重机的运动状态可以根据卷筒控制器103所采集的波浪补偿卷筒的起升限位数据和驱动状态数据来进行判断，当起升限位数据和驱动状态数据处于预定的正常数据范围以内时，认为起重机的运动状态正常，此时，中央控制器104向卷筒控制器103下发包含有合成转速的驱动命令，驱动电动机运转，电动机带动波浪补偿卷筒以合成转速转动；当起升限位数据和驱动状态数据超出预定的正常数据范围时，认为起重机的运动状态不正常，可能发生超速、紧急停机等状况，此时，中央控制器104向卷筒控制器103下发停机命令，以终止电动机运转，使得波浪补偿卷筒停止转动。

进一步地，中央控制器104将波浪补偿数据和手柄数据叠加计算得到合成转速，该叠加计算可以参考参考申请号为CN201210219968.4的中国专利文献中所提供的计算方法。

与第二实施例的不同之处在于，本实施例公开了一种人字架形式的波浪补偿起重机，以下结合图5中来对人字架形式的波浪补偿起重机的结构来进行详细说明：

如图5所示，起重机200固定于离岸母船上，包括卷筒系统10、臂架系统20和控制臂架系统20的人工操作手柄，卷筒系统10包括波浪补偿卷筒1、多个驱动波浪补偿卷筒1转动的电动机3和围绕波浪补偿卷筒1的吊装绳4，吊装绳4依次连接波浪补偿卷筒1和臂架系统20，其长度随着波浪补偿卷筒1的转动而伸缩，从而控制臂架系统20的运动姿态。本实施例中的吊装绳4为钢丝绳。

如图5中所示，波浪补偿卷筒1单侧布置6个电动机3，这里的电动机3可以采用永磁同步电机，其通过减速箱连接到波浪补偿卷筒1，每个电动机3对应有将直流电转换为交流电的逆变器。其中，减速箱是一种降低转速，增加转矩的机械。。摆动滑轮5能够追踪吊装绳4的位置，保证吊装绳4的出绳角小于1.5度，满足折线卷筒的要求。折线卷筒的优点在于：钢丝绳多层缠绕时，能够保证多层缠绕的上、下层钢丝绳之间有序相嵌，排列整齐，平稳过渡而不乱绳，改善钢丝绳之间的接触性能，进而能够减少磨损，延长使用寿命。与缠绕同样长度钢丝绳的单层卷筒相比，折线卷筒的长度大大缩短，从而减小出绳角度，简化结构，减轻设备重量。如图3-2所示，这里的出绳角度是指夹角α。优选地，电动机3采用永磁同步大扭矩电动机。此种电动机具有以下特点：1.低速大扭矩，能够减小机械减速箱的传动比；2.结构紧凑，其长度和体积相比于同功率的交流异步电动机小很多；3.需要使用水冷却，从而能够满足在船舱内安装的要求。电机数量可按照实际情况进行增减。

进一步地，可以将波浪补偿卷筒1布置在离岸母船的船舱内，并通过摆动滑轮5和改向滑轮构6成的滑轮组把波浪补偿卷筒的吊装绳4引导到臂架系统202上，从而能够减小起重机在甲板上的占据空间。臂架系统20包括起重机臂架9、摆动滑轮5、改向滑轮6和用于吊装重物的吊钩7，吊装绳4自船舱内依次连接波浪补偿卷筒2、摆动滑轮5、改向滑轮6和吊钩7，其长度随着波浪补偿卷筒1的转动而伸缩，从而控制臂架系统20的运动姿态。

臂架系统20的运动姿态是指起重机臂架9相对于水平面的俯仰角度，以及臂架系统20的各部分结构之间的相对位置关系。

其中，起重机臂架9为起重机200的主要支撑结构人字架，改向滑轮6为起重机200的人字架铰点，允许人字架伸出到船舶外面。波浪补偿卷筒1上的吊装绳4通过两道摆动滑轮5最终控制载着货物的吊钩7的升降。此种方式适合于ROV水下机器人应用。

进一步地，臂架系统20上还设有臂架控制器105和与臂架控制器105相连接的臂架编码器106，臂架编码器106用于记录起重机臂架9相对于水平面的俯仰角度，从而计算出臂架系统20的幅度数据；臂架控制器105读取幅度数据并将之传输给中央控制器103。

【第四实施例】

如附图6中所示，本发明提供了一种主动式电动波浪补偿起重机的控制系统，起重机固定于离岸母船上，包括卷筒系统10、臂架系统20和控制臂架系统20的人工操作手柄，卷筒系统10包括波浪补偿卷筒、多个驱动波浪补偿卷筒转动的电动机和围绕波浪补偿卷筒的吊装绳，吊装绳依次连接波浪补偿卷筒和臂架系统20，其长度随着波浪补偿卷筒的转动而伸缩，从而控制臂架系统20的运动姿态，如图2中所示，本发明第四实施例的控制系统包括：

波浪补偿计算装置101，用于实时采集离岸母船当前的运动数据，并根据运动数据计算波浪补偿数据；

手柄数据转换装置102，将人工操作手柄输入的指令转换为手柄数据；

卷筒控制器103，用于实时采集波浪补偿卷筒当前的起升限位数据和驱动状态数据，并根据接收到的驱动命令控制电动机运转；

中央控制器104，用于读取波浪补偿数据和手柄数据，将波浪补偿数据和手柄数据叠加计算得到合成转速，并读取卷筒控制器103中的起升限位数据和驱动状态数据来对起重机的当前运动状态进行判断，如果当前运动状态正常，则将包含合成转速的驱动命令传递给卷筒控制器，以驱动电动机运转；如果当前运动状态不正常，则向卷筒控制器发出停机命令，以终止电动机运转。

其中，起重机的运动状态可以根据卷筒控制器103所采集的波浪补偿卷筒的起升限位数据和驱动状态数据来进行判断，当起升限位数据和驱动状态数据处于预定的正常数据范围以内时，认为起重机的运动状态正常，此时，中央控制器104向卷筒控制器103下发包含有合成转速的驱动命令，驱动电动机运转，电动机带动波浪补偿卷筒以合成转速转动；当起升限位数据和驱动状态数据超出预定的正常数据范围时，认为起重机的运动状态不正常，可能发生超速、紧急停机等状况，此时，中央控制器104向卷筒控制器103下发停机命令，以终止电动机运转，使得波浪补偿卷筒停止转动。

进一步地，中央控制器104将波浪补偿数据和手柄数据叠加计算得到合成转速，该叠加计算可以参考参考申请号为CN201210219968.4的中国专利文献中所提供的计算方法。

与第二实施例的不同之处在于，本实施例公开了一种浮式波浪补偿起重机，以下结合图6对本实施例中的浮式波浪补偿起重机的结构进行详细说明：

如图6所示，起重机200固定于离岸母船上，包括卷筒系统10、臂架系统20和控制臂架系统20的人工操作手柄，卷筒系统10包括波浪补偿卷筒1、多个驱动波浪补偿卷筒1转动的电动机3和围绕波浪补偿卷筒1的吊装绳4，吊装绳4依次连接波浪补偿卷筒1和臂架系统20，其长度随着波浪补偿卷筒1的转动而伸缩，从而控制臂架系统20的运动姿态。本实施例中的吊装绳4为钢丝绳。

如图6中所示，波浪补偿卷筒1单侧布置6电动机3，这里的电动机3可以采用永磁同步电机，其通过减速箱连接到波浪补偿卷筒1，每个电动机3对应有将直流电转换为交流电的逆变器。其中，减速箱是一种降低转速，增加转矩的机械。摆动滑轮5能够追踪吊装绳4的位置，保证吊装绳4的出绳角小于1.5度，满足折线卷筒的要求。折线卷筒的优点在于：钢丝绳多层缠绕时，能够保证多层缠绕的上、下层钢丝绳之间有序相嵌，排列整齐，平稳过渡而不乱绳，改善钢丝绳之间的接触性能，进而能够减少磨损，延长使用寿命。与缠绕同样长度钢丝绳的单层卷筒相比，折线卷筒的长度大大缩短，从而减小出绳角度，简化结构，减轻设备重量。如图3-2所示，这里的出绳角度是指夹角α。优选地，电动机3采用永磁同步大扭矩电动机。

进一步地，将卷筒系统10布置在离岸母船的船舱内，并通过摆动滑轮5和改向滑轮构6成的滑轮组把波浪补偿卷筒1的吊装绳4引导到臂架系统20上，从而减小起重机200在甲板上的占据空间。起重机200的臂架系统20包括起重机臂架9、摆动滑轮5、改向滑轮6和用于吊装重物的吊钩7，吊装绳4自船舱内依次连接波浪补偿卷筒1、摆动滑轮5、改向滑轮6和吊钩7，其长度随着卷筒系统101的转动而伸缩，摆动滑轮5和改向滑轮6引导吊装绳4的走向，吊装绳4通过数道滑轮最终控制吊钩7的升降，从而控制臂架系统20的运动姿态。

臂架系统20的运动姿态是指起重机臂架9相对于水平面的俯仰角度，以及臂架系统20的各部分结构之间的相对位置关系。

本实施例中的浮式波浪补偿起重机还包括基座12、上筒体机房13和起重机200的主要支撑结构人字架14，基座12固定在离岸船舶上，上筒体机房13用来布置常规起重功能的卷筒等部件，起重机200的主要支撑结构人字架用来支撑起重机的臂架9。不同于折臂型波浪补偿起重机的臂架由油缸带动，浮式波浪补偿起重机的臂架9由位于机房的变幅吊装绳卷筒带动。该种浮式波浪补偿起重机在常规浮式起重机上增加了一个带有波浪补偿功能的起升钩，满足在深海水下安装使用的需求。

【第五实施例】

本发明第五实施例提供一种主动式电动波浪补偿起重机的控制方法，起重机固定于离岸母船上，包括卷筒系统、臂架系统和控制臂架系统的人工操作手柄，卷筒系统包括波浪补偿卷筒、多个驱动波浪补偿卷筒转动的电动机和围绕波浪补偿卷筒的吊装绳，吊装绳依次连接波浪补偿卷筒和臂架系统，其长度随着波浪补偿卷筒的转动而伸缩，从而控制臂架系统的运动姿态，如图7所示，控制方法包括以下步骤：

步骤S501，波浪补偿计算，实时采集离岸母船当前的运动数据，并根据运动数据计算波浪补偿数据；

步骤S502，手柄数据转换，将人工操作手柄输入的指令转换为手柄数据；

步骤S503，叠加计算，将波浪补偿数据和手柄数据叠加计算得到驱动命令；

步骤S505，状态判断，实时采集波浪补偿卷筒当前的起升限位数据和驱动状态数据，并对起重机的当前运动状态进行判断；

步骤S505，下发命令，如果当前运动状态正常，则根据驱动命令驱动电动机运转；如果当前运动状态不正常，则发出停机命令以终止电动机运转。

进一步地，波浪补偿计算是根据设定的主动升沉补偿算法来计算得到波浪补偿数据的。步骤S501的波浪补偿计算是根据设定的主动升沉补偿算法和接收到的升沉信号来计算得到波浪补偿数据的。主动升沉补偿算法可参考申请号为CN201210219968.5的中国专利文献中所提供的方法，该方法通过运动参考单元获取波浪的升沉数据，在线辨识升沉运动模型，基于此模型进行升沉运动短周期预报，然后利用波浪补偿计算装置进行前馈-反馈复合控制算法决策，把波浪补偿所需的线速度和方向计算出并传输给中央控制器。本发明的控制方法并不限于使用上述专利文献中提供的方法，还可以采用其他能够达到相同目的的主动升沉补偿算法。

具体地，本实施例的控制方法中，采用的波浪补偿卷筒有2个转速输入端，第一个输入端为波浪补偿使用，由起重机中设置的运动参考单元测量出船体升沉信号，根据船体升沉信号和前述的波浪补偿控制算法，提前预测出波浪的变化趋势，然后根据整个系统的响应时间，把当前需要的波浪补偿卷筒的转速发送到中央控制器；与此同时，操作者控制的人工操作手柄也会产生要求的波浪补偿卷筒转速命令，将这两个转速命令进行叠加计算即可得到当前实际需要的转速的驱动命令。

更进一步地，步骤S505的状态判断中，中央控制器还需要判断波浪补偿卷筒的限位状态，判断其是否到达减速或者停止状态，还需要读取当前驱动系统的运行状态，在以上条件都正常的情况下，则把驱动命令输送到电动机的控制单元，然后电动机根据接收到的命令信号实施快速相应，从而带动波浪补偿动卷筒按照期望的转速进行运转。

优选地，臂架系统20上还装载有重量传感器，用于检测吊装绳上的负载重量；控制方法还包括：

采集负载重量数据并计算预定方向的额定载重量，当负载重量超过预设比例的额定载重量时则发出限制运行信号，以限制起重机继续向预定方向运行。

具体地，该重量传感器用于检测吊装绳上的负载重量；基于此，本发明第五实施例中的起重机还包括力矩限制器系统，用于采集该负载重量数据和计算预定方向的额定载重量，当负载重量超过预设比例的额定载重量时，力矩限制系统报警并向中央控制器发出限制运行信号，以限制起重机继续向预定方向运行。力矩限制器系统通过装载的重量传感器接收吊装绳上的负载，并根据预先设计的吊载曲线来进行允许载重量的计算，例如当该负载重量超过额定载重量110％时则发出报警信号，并通知中央控制器禁止起重机继续往预定的危险方向运行。其中，吊载曲线是指机械设计根据受力分析之后得出的载重量与幅度之间的关系，把这种关系绘制成的曲线。

综上，利用本发明的主动式电动波浪补偿起重机的控制系统和控制方法，相对于传统的液压驱动控制系统大大提高了驱动效率，并同时减小了能源损耗，应用了超级电容和锂电池来提供波浪补偿时的能量，有效降低了船舶发电机的装机功率，具有很高的实用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。