028] 图13为量化因子整定拟合曲线
[0029] 图14不带前馈预测控制器速度/位移/转矩-时间曲线图；
[0030] 图15为带前馈预测控制器速度/位移/转矩-时间曲线图；
[0031] 图1中：1能量处理单元、2绞车驱动单元、3绞车控制器、4驱动电机、5绞车、6排 缆机构、7缆绳、8升沉测量单元、9吊点、10负载、减速齿轮。
【具体实施方式】
[0032] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。 实施例1
[0033] 如图1所示，本实施例包括：设置于缆绳上的排缆机构6以及用于测量吊点9机构 上吊点9的升沉速度和升沉位移的升沉测量单元8、与绞车驱动电动机相连的绞车驱动单 元2、绞车控制器3以及用于进行再生能量回收利用的能量处理单元1，其中：升沉测量单元 8与绞车控制器3相连并输出升沉速度及位移数据，能量处理单元1与绞车驱动单元2的主 电路相连并回收再生能量，绞车驱动单元2的控制电路与绞车控制器3相连并传输电机编 码器转速、圈数与角度，绞车控制器3根据算电机编码器角度、圈数及转速数据、减速齿轮 的减速比、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2,绞 车驱动单元2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。
[0034] 如图2所示，所述的升沉测量单元8包括依次连接的内置加速度传感器的运动参 考单元MRU(Motion Reference Unit，运动参考单元）、带通滤波电路、模拟量采集电路及计 算机数字处理器，其中：加速度传感器测量船舶垂直运动加速度信号，加速度信号经过带通 滤波后送给计算机数字处理器，计算机数字处理器对输入信号进行数字滤波、积分运算，输 出船舶升沉速度及位移信号给绞车控制器3。
[0035] 所述的加速度信号经计算机数字处理器积分成速度信号，速度信号再积分即 为位移信号，即先对加速度信号进行傅里叶变换，将时域信号转换成频域信号，积分在 频域内以傅里叶分量系数代换形式表示，具体操作为：当加速度信号时间序列为a(n)， 则对其进行傅里叶变换得到：A〇c) = Σ^α(η：)?Γ7'2π喵，进行一次积分，可以得到速度信 号，速度V(n)=-会=雅>(η)^2π<，进行二次积分，可以得到位移信号， 位移S(n
【主权项】
1. 一种电动主动升沉补偿绞车系统，其特征在于，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。
2. 根据权利要求1所述的电动主动升沉补偿绞车系统，其特征是，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。
3. 根据权利要求1所述的电动主动升沉补偿绞车系统，其特征是，所述的升沉测量单 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。
4. 根据权利要求3所述的电动主动升沉补偿绞车系统，其特征是，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、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。
5. 根据权利要求3所述的电动主动升沉补偿绞车系统，其特征是，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。
6. 根据权利要求1所述的电动主动升沉补偿绞车系统，其特征是，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。
7. 根据权利要求4所述的电动主动升沉补偿绞车系统，其特征是，当升沉测量单元的 输出为A(S)，则绞车控制器的输出量为：
i (s)、G2 (s)、G3 (s)、G4 (s)、G5 (s)、G6 (s)、G7 (s)分别为前馈预测控制器、速度反馈控制器、位 移反馈控制器、绞车驱动单元、驱动电机、减速齿轮、编码器的传递函数。
8. 根据权利要求3或4或7所述的电动主动升沉补偿绞车系统，其特征是，所述的前馈 预测控制器采用基于BP神经网络的PID控制器；所述的位移反馈控制器采用模糊PID控制 器。
【专利摘要】一种特种船舶技术领域的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，本发明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。
【IPC分类】B66D1-48, B66D1-50
【公开号】CN104876145
【申请号】CN201510230504
【发明人】葛彤, 吴超, 庄广胶, 赵敏, 王旭阳, 杨超然
【申请人】上海交通大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月7日