一种综合多种控制方法的波浪补偿吊机控制系统与流程

1.本发明涉及主动波浪补偿技术领域，具体而言，涉及一种综合多种控制方法的波浪补偿吊机控制系统。


背景技术：

2.波浪补偿是为了使补给物资的着船速度与补给船、接收船的升沉速度无关，通过保持相对平稳的着船速度，来减小物资着船的冲击加速度，使物资能平稳地下放到接收船上的物资补给方式。
3.并靠补给是物资补给的重要手段之一，并靠补给的重要装备是船用起重机，但是由于并靠两船(补给船和接收船)的吨位、尺度、线型等因素不同以及两船在波浪上的相对位置不同，并靠两船之间受波浪作用会产生升沉、纵横摇等复杂的相对运动，这种运动随海况的升高而加剧，同时，吊装的补给物资受补给船摇摆运动的影响，也会产生晃动。因此，吊装的补给物资相对接收船将可能存在较大的相对运动，这样并靠补给作业人员很难对补给物资的着船速度进行精确控制。可能对补给的物资、船体、起重机以及补给作业人员带来危险，甚至造成十分严重的后果。
4.波浪补偿装置通常分为主动式与被动式，后者技术相对成熟，国内外均有实际应用。然而现有的被动式波浪补偿起重机需要接收船具有能承受补给重量两倍的补偿吊钩的挂接点，接收船和接收位置都受到限制，不能很好地满足并靠补给的任务需要。主动式波浪补偿装置便能克服上述缺点，但是其技术难度大，国内尚无成熟应用。
5.海洋中波浪的涌动力会使海洋中漂浮的物体产生位置的偏移，而波浪补偿技术就是通过复杂的海洋动力学计算，利用液压、电推等方式产生反作用力来抵偿波浪的涌动力，从而是海洋中漂浮的物体维持相对位置的稳定。目前国内仅能够制造被动波浪补偿系统的产品，被动波浪补偿系统通常由一套包含蓄能器的机构组成，相当于一个液压弹簧，对波浪产生的影响进行缓冲，基本不消耗能量，一般用于重载且精度要求不高的场合。对于高海况下仍对运动精度、安全平稳性要求较高的场合，仅靠被动波浪补偿系统难以达到，必须依靠主动波浪补偿系统。因此，提供一种综合多种控制方法的波浪补偿吊机控制系统进行主动波浪补偿很有必要。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种综合多种控制方法的波浪补偿吊机控制系统，其利用最新人工智能技术，结合复杂液压传动控制技术、海洋流体动力学理论，攻克了对复杂波浪运动的快速、高精度补偿等难题。能够对风、浪、流作用引起的工作母船或者海洋平台上作业设备的不规则运动进行快速、精准地补偿，从而使船上设备在设计许可的风浪工况下平稳作业，增加设备乃至船舶整体的可工作时日和操作安全性。
7.本发明的实施例是这样实现的：
8.本技术实施例提供一种综合多种控制方法的波浪补偿吊机控制系统，包括plc中
央控制器、上位机控制装置、液压站、信号采集模块和执行机构，上位机控制装置、液压站和信号采集模块均与plc中央控制器通信连接，执行机构与液压站通信连接；信号采集模块用于采集吊机的俯仰角度信息、伸缩长度信息、回转角度信息、三维姿态信息、距离信息、吊机液压系统的压力信息、三维几何信息并将信号发送到plc中央控制器；plc中央控制器用于接收执行机构采集的信息并传输到上位机控制装置；通过人工智能算法进行运动学逆解计算，得到执行机构所需要的运动方向及运动距离，并向液压站的伺服阀发送指令，液压站的伺服阀控制执行机构动作，最终使负载匀速运动或与目标保持相对静止；上位机控制装置用于提供人工操作界面、数据记录，并给plc中央控制器发送命令以控制液压站带动执行机构动作。
9.进一步的，在本发明的一些实施例中，上述信号采集模块包括mru姿态传感器，上述mru姿态传感器与上述plc中央控制器通信连接，上述mru姿态传感器用于采集吊机的三维姿态信息并将信号发送到上述plc中央控制器。
10.进一步的，在本发明的一些实施例中，上述信号采集模块还包括毫米波雷达，上述毫米波雷达与上述plc中央控制器通信连接，上述毫米波雷达用于采集吊机的距离信息并将信号发送到上述plc中央控制器。
11.进一步的，在本发明的一些实施例中，上述信号采集模块还包括视频监控摄像头，上述视频监控摄像头与上述plc中央控制器通信连接，上述视频监控摄像头用于采集吊机的三维几何信息并将信号发送到上述plc中央控制器。
12.进一步的，在本发明的一些实施例中，上述信号采集模块还包括压力传感器，上述压力传感器与上述plc中央控制器通信连接，上述压力传感器用于采集吊机液压系统的压力信息并将信号发送到上述plc中央控制器。
13.进一步的，在本发明的一些实施例中，上述信号采集模块还包括俯仰角度编码器，上述俯仰角度编码器与上述plc中央控制器通信连接，上述俯仰角度编码器用于采集吊机的俯仰角度信息并将信号发送到上述plc中央控制器。
14.进一步的，在本发明的一些实施例中，上述信号采集模块还包括伸缩长度编码器，上述伸缩长度编码器与上述plc中央控制器通信连接，上述伸缩长度编码器用于采集吊机的伸缩长度信息并将信号发送到上述plc中央控制器。
15.进一步的，在本发明的一些实施例中，上述信号采集模块还包括回转角度编码器，上述回转角度编码器与上述plc中央控制器通信连接，上述回转角度编码器用于采集吊机的回转角度信息并将信号发送到上述plc中央控制器。
16.进一步的，在本发明的一些实施例中，上述执行机构包括俯仰伺服阀组、伸缩伺服阀组和回转伺服阀组，上述俯仰伺服阀组、上述伸缩伺服阀组和上述回转伺服阀组均与上述液压站通信连接；上述俯仰伺服阀组用于调节吊机俯仰角度，上述伸缩伺服阀组用于控制吊机伸缩，上述回转伺服阀组用于控制吊机回转。
17.进一步的，在本发明的一些实施例中，上述执行机构还包括绞车伺服阀组，上述绞车伺服阀组与上述液压站通信连接；上述绞车伺服阀组用于控制吊机吊绳的升降。
18.相对于现有技术，本发明实施例至少具有如下优点或有益效果：
19.本发明实施例提供一种综合多种控制方法的波浪补偿吊机控制系统，包括plc中央控制器、上位机控制装置、液压站、信号采集模块和执行机构，上位机控制装置、液压站和
信号采集模块均与plc中央控制器通信连接，执行机构与液压站通信连接；信号采集模块用于采集吊机的俯仰角度信息、伸缩长度信息、回转角度信息、三维姿态信息、距离信息、吊机液压系统的压力信息、三维几何信息并将信号发送到plc中央控制器；plc中央控制器用于接收执行机构采集的信息并传输到上位机控制装置；通过人工智能算法进行运动学逆解计算，得到执行机构所需要的运动方向及运动距离，并向液压站的伺服阀发送指令，液压站的伺服阀控制执行机构动作，最终使负载匀速运动或与目标保持相对静止；上位机控制装置用于提供人工操作界面、数据记录，并给plc中央控制器发送命令以控制液压站带动执行机构动作。
20.其利用最新人工智能技术，结合复杂液压传动控制技术、海洋流体动力学理论，攻克了对复杂波浪运动的快速、高精度补偿等难题。能够对风、浪、流作用引起的工作母船或者海洋平台上作业设备的不规则运动进行快速、精准地补偿，从而使船上设备在设计许可的风浪工况下平稳作业，增加设备乃至船舶整体的可工作时日和操作安全性。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
22.图1为本发明实施例提供的原理图。
具体实施方式
23.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
24.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
26.此外，若出现“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或者竖直，而是可以稍微的倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对于“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
27.在本发明实施例的描述中，“多个”代表至少2个。
28.在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.实施例
30.请参照图1，本实施例提供一种综合多种控制方法的波浪补偿吊机控制系统，包括plc中央控制器、上位机控制装置、液压站、信号采集模块和执行机构，上位机控制装置、液压站和信号采集模块均与plc中央控制器通信连接，执行机构与液压站通信连接；信号采集模块用于采集吊机的俯仰角度信息、伸缩长度信息、回转角度信息、三维姿态信息、距离信息、吊机液压系统的压力信息、三维几何信息并将信号发送到plc中央控制器；plc中央控制器用于接收执行机构采集的信息并传输到上位机控制装置；通过人工智能算法进行运动学逆解计算，得到执行机构所需要的运动方向及运动距离，并向液压站的伺服阀发送指令，液压站的伺服阀控制执行机构动作，最终使负载匀速运动或与目标保持相对静止；上位机控制装置用于提供人工操作界面、数据记录，并给plc中央控制器发送命令以控制液压站带动执行机构动作。
31.上述信号采集模块包括mru姿态传感器，上述mru姿态传感器与上述plc中央控制器通信连接，上述mru姿态传感器用于采集吊机的三维姿态信息并将信号发送到上述plc中央控制器。
32.上述信号采集模块还包括毫米波雷达，上述毫米波雷达与上述plc中央控制器通信连接，上述毫米波雷达用于采集吊机的距离信息并将信号发送到上述plc中央控制器。
33.上述信号采集模块还包括视频监控摄像头，上述视频监控摄像头与上述plc中央控制器通信连接，上述视频监控摄像头用于采集吊机的三维几何信息并将信号发送到上述plc中央控制器。
34.上述信号采集模块还包括压力传感器，上述压力传感器与上述plc中央控制器通信连接，上述压力传感器用于采集吊机液压系统的压力信息并将信号发送到上述plc中央控制器。
35.上述信号采集模块还包括俯仰角度编码器，上述俯仰角度编码器与上述plc中央控制器通信连接，上述俯仰角度编码器用于采集吊机的俯仰角度信息并将信号发送到上述plc中央控制器。
36.上述信号采集模块还包括伸缩长度编码器，上述伸缩长度编码器与上述plc中央控制器通信连接，上述伸缩长度编码器用于采集吊机的伸缩长度信息并将信号发送到上述plc中央控制器。
37.上述信号采集模块还包括回转角度编码器，上述回转角度编码器与上述plc中央控制器通信连接，上述回转角度编码器用于采集吊机的回转角度信息并将信号发送到上述plc中央控制器。
38.上述执行机构包括俯仰伺服阀组、伸缩伺服阀组和回转伺服阀组，上述俯仰伺服阀组、上述伸缩伺服阀组和上述回转伺服阀组均与上述液压站通信连接；上述俯仰伺服阀组用于调节吊机俯仰角度，上述伸缩伺服阀组用于控制吊机伸缩，上述回转伺服阀组用于
控制吊机回转。上述执行机构还包括绞车伺服阀组，上述绞车伺服阀组与上述液压站通信连接；上述绞车伺服阀组用于控制吊机吊绳的升降。
39.采用本发明，通过姿态传感器采集吊机的三维姿态信息并将信号发送到上述plc中央控制器、毫米波雷达采集吊机的距离信息并将信号发送到上述plc中央控制器、视频监控摄像头采集吊机的三维几何信息并将信号发送到上述plc中央控制器、压力传感器采集吊机液压系统的压力信息并将信号发送到上述plc中央控制器、俯仰角度编码器采集吊机的俯仰角度信息并将信号发送到上述plc中央控制器、伸缩长度编码器采集吊机的伸缩长度信息并将信号发送到上述plc中央控制器、回转角度编码器采集吊机的回转角度信息并将信号发送到上述plc中央控制器，如此完成吊机各种信号的采集，感应该仪表位置波浪涌动在6维空间引起的运动如速度、加速度、方向等信息，然后快速预测出船舶上目标物体，如吊机运移物体，在不加吊机补偿功能时在下一个极小时间间隔点上所在位置，然后plc中央控制器通过运动学逆解计算，得到主动波浪补偿执行机构所需要的运动方向及运动距离，并向伺服阀发送指令，伺服阀控制执行元件动作，控制俯仰伺服阀组调节吊机俯仰角度、伸缩伺服阀组控制吊机伸缩，回转伺服阀组控制吊机回转、绞车伺服阀组控制吊机升降，如此来抵偿波浪涌动力所引起目标物的位移运动。
40.其利用最新人工智能技术，结合复杂液压传动控制技术、海洋流体动力学理论，攻克了对复杂波浪运动的快速、高精度补偿等难题。能够对风、浪、流作用引起的工作母船或者海洋平台上作业设备的不规则运动进行快速、精准地补偿，从而使船上设备在设计许可的风浪工况下平稳作业，增加设备乃至船舶整体的可工作时日和操作安全性。
41.可选地，本实施例的可采用plc及无线控制技术，以远程+遥控控制方式实现对吊机的操作，取消了船舶吊机的高空驾驶室；通过网络(卫星通讯)接入技术，可远程实时监测记录吊机作业状态及参数；设计安全操作程序软件，嵌入吊机及其关键部件的身份信息、工作状态信息，可及时提供故障诊断、维护保养及部件更换信息，实现吊机生命周期及安全操作管理。
42.可选地，本实施例的俯仰伺服阀组、伸缩伺服阀组、回转伺服阀组、绞车伺服阀组分别与液压站之间设置有主电机或主泵。还可设置蓄能器组与俯仰伺服阀组、主电机或主泵通信连接。
43.综上，本发明的实施例提供一种综合多种控制方法的波浪补偿吊机控制系统，包括plc中央控制器、上位机控制装置、液压站、信号采集模块和执行机构，上位机控制装置、液压站和信号采集模块均与plc中央控制器通信连接，执行机构与液压站通信连接；信号采集模块用于采集吊机的俯仰角度信息、伸缩长度信息、回转角度信息、三维姿态信息、距离信息、吊机液压系统的压力信息、三维几何信息并将信号发送到plc中央控制器；plc中央控制器用于接收执行机构采集的信息并传输到上位机控制装置；通过人工智能算法进行运动学逆解计算，得到执行机构所需要的运动方向及运动距离，并向液压站的伺服阀发送指令，液压站的伺服阀控制执行机构动作，最终使负载匀速运动或与目标保持相对静止；上位机控制装置用于提供人工操作界面、数据记录，并给plc中央控制器发送命令以控制液压站带动执行机构动作。
44.其利用最新人工智能技术，结合复杂液压传动控制技术、海洋流体动力学理论，攻克了对复杂波浪运动的快速、高精度补偿等难题。能够对风、浪、流作用引起的工作母船或
者海洋平台上作业设备的不规则运动进行快速、精准地补偿，从而使船上设备在设计许可的风浪工况下平稳作业，增加设备乃至船舶整体的可工作时日和操作安全性。
45.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，显然本技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本技术的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本技术。
46.因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本技术内。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。