电动主动升沉补偿绞车系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种特种船舶技术领域的装置，具体是一种电动主动升沉补偿绞 车系统。
【背景技术】
[0002] 国内升沉补偿绞车的研宄主要集中在被动式补偿方式，比如气液混合型补偿系 统，缺乏主动式补偿系统的研制，国外主动式升沉补偿绞车主要采用反馈控制。由于海浪运 动随机性强，导致单纯的反馈控制难以提高补偿精度。
[0003] 经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102691484A公开（公告）日 2012. 09. 26,公开了一种新型海洋浮式钻井平台绞车升沉补偿装置，采用差动行星齿轮系 作为升沉补偿绞车的传动机构，来自主动补偿电机与被动补偿液压马达的动力由外齿圈输 入，来自送钻电机的动力由太阳轮输入，行星架输出动力驱动绞车滚筒运动，PLC控制单元 基于检测到的平台升沉信号，控制主动补偿电机带动差动减速器外齿圈转动，通过驱动滚 筒正反向转动来补偿平台的升沉运动；基于检测到的钻压变化信号，控制送钻电机驱动太 阳轮转动，实现自动送钻运动。气液转换器通过被动补偿液压马达承担钻柱的部分静载荷， 主动补偿电机克服运动补偿过程中的其余载荷，降低了系统能耗、提高了补偿精度。但该技 术机械结构复杂，有液压被动补偿与电动主动补偿，电动主动补偿与送钻驱动分离，机械结 构复杂带来非线性因素增多，增加了控制系统难度，带来控制系统精度和可靠性变差。
[0004] 中国专利文献号CN1152290公开（公告）日1997. 06. 18,公开了一种无需机械的 或光学的摇摆角度检测装置的高性能低成本的起重机绳索稳定控制方法和设备。该技术提 供了一种绳索稳定控制方法，用于具有用来引起由起重机等的绳索悬挂的载荷移动的小车 驱动设备的起重机等，其中由绳索悬挂的载荷的摇摆通过以下步骤停止：基于控制系统与 驱动系统的增益系数和等价时间常数通过计算上估算不包括：由绳索的摇摆所引起的载荷 转矩波动的电动机转矩估算信号τ M*而计算与绳索摇摆角度和载荷成正比的摇摆载荷信 号I2W*，并比较这一估算信号τΜ*与实际载荷转矩τΜ，并向小车驱动设备（1)的小车速 度命令NS反向回馈信号NW，该信号是通过对与这一摇摆载荷信号成正比的摇摆角度检测 估算值Θ1*及摇摆角度设定值Θ S之间的差进行相位超前/滞后补偿所产生的。但该技 术控制系统结构简单，控制精度差。
[0005] 综上所述，现急需一种能提前预测海浪的运动且可以大大提高补偿精度的技术。
【发明内容】
[0006] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种电动主动升沉补偿绞车系统，基 于历史数据和实时检测的船舶升沉运动数据对船舶未来短期内的运动参数进行主动预测， 计算出船舶运动速度预测的前馈控制，同时计算出负载与船舶的相对速度的反馈控制以及 位置漂移的反馈控制。
[0007] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0008] 本发明涉及一种电动主动升沉补偿绞车系统，包括：设置于缆绳上的排缆机构以 及用于测量吊点机构上吊点的升沉速度和加速度的升沉测量单元、与绞车电机相连的绞车 驱动单元、绞车控制器以及用于进行能量回收利用的能量处理单元，其中：升沉测量单元与 绞车控制器相连并传输升沉速度及位移数据，能量处理单元与绞车驱动单元相连并回收多 余的能量，绞车驱动单元与绞车控制器相连并传输电机编码器转速、圈数与角度，绞车控制 器根据算电机编码器角度、圈数及转速数据、升沉速度和位移数据、历史数据计算得到预测 参数并输出至绞车驱动单元，绞车驱动单元输出相应的补偿驱动电流、电压及频率，用于驱 动电动机进行补偿运动抵消波浪干扰。
[0009] 所述的历史数据是指：存储在绞车控制器内，有船舶升沉运动的历史数据、绞车转 速及放出缆长工作参数。
[0010] 所述的升沉测量单元用于获取检测船舶升沉运动的速度数据和位移数据，该单元 包括：防水检测箱以及设置于其内部并分别与绞车控制器相连的加速度传感器及用于信号 转换和信号滤波的前置数据处理模块，其中：前置数据处理模块向绞车控制器输出升沉速 度及位移数据，加速度传感器向绞车控制器输出加速度数据，防水检测箱固定在吊点机构 上。
[0011] 所述的绞车控制器包括：用于船舶运动预测前馈的前馈预测控制器、基于BP神 经网络的PID控制器、用于速度反馈的速度反馈控制器以及用于位移反馈的位移反馈控制 器。
[0012] 所述的绞车驱动单元包括：滤波单元、编码器、数字测速机接口板、电抗器、主驱动 变频器、从驱动变频器及排缆驱动变频器，其中：滤波单元、电抗器以及主、从驱动变频器和 排缆变频依次连接，数字测速机接口板分别与编码器和主、从驱动变频器相连，主、从驱动 变频器之间通过光纤相连并交换数据以实现同步及力矩分配，主、从变频器和排缆变频器 与绞车控制器通过现场总线相连并输出电机编码器转速、圈数与角度。
[0013] 所述的能量处理单元包括：防水防雨箱以及设置于其内部的带有温度检测的功率 电阻、带有电压检测的超级电容以及逆变模块，其中：功率电阻的温度检测端以及超级电容 的电压检测端与绞车控制器相连，功率电阻以及超级电容分别与逆变模块相连。
[0014] 所述的功率电阻用于消耗绞车在升沉过程中产生的多余的增生能量，防止变频器 整流电压升高而烧坏变频器；所述的超级电容用于将增生的能量存储并输出至逆变模块以 逆变回送电网。 技术效果
[0015] 与现有技术相比，本发明的技术效果包括：纯电动多电机驱动，具有结构和控制简 单，控制精度和可靠性能高优点。本发明通过电动升沉补偿绞车现场模拟实测，补偿精度可 达95%以上。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明结构示意图；
[0017] 图2为升沉运动测量单元示意图
[0018] 图3为绞车驱动单元主电路原理图；
[0019] 图4为能量处理单元原理示意图
[0020] 图5为能量处理方法流程图
[0021] 图6为绞车驱动单元控制电路示意图；
[0022] 图7为主从控制结构图；
[0023] 图8为绞车控制器控制系统结构图；
[0024] 图9速度控制器结构图；
[0025] 图10位移控制器结构图；
[0026] 图11模糊控制器结构图；
[0027] 图12前馈预测控制器结构图；
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