一种新型波浪补偿器
一种新型波浪补偿系统研究
一种新型波浪补偿系统研究随着海洋工程的发展和深化，波浪对海上设施和船只的影响愈发凸显。
波浪的力量和频率对于海上设施的稳定性和舒适性都有着重要的影响，因此波浪补偿系统成为了海洋工程领域中一个备受关注和研究的课题。
传统的波浪补偿系统一般采用液压缸或者球astern等机械装置来平衡波浪对船体或者平台的影响。
但是这些系统存在着体积大、重量重、功耗高等问题，同时在波浪波动频率发生变化时，传统的波浪补偿系统的性能也会受到一定的影响。
为了有效地解决这些问题，提高波浪补偿系统的性能和稳定性，需要对波浪补偿系统做进一步的研究和改进。
在这种背景下，一种新型的波浪补偿系统被提出并进行了研究。
这种新型波浪补偿系统结合了传统的机械方法和现代的电子控制技术，实现了波浪补偿系统的智能化和自适应性。
该系统主要由传感器、控制器、执行机构和电源等部件组成，其中传感器主要用于感知波浪的力量和频率，控制器主要用于处理传感器反馈的信息并控制执行机构进行相应的动作，执行机构主要用于实现船体或者平台的姿态调整，电源则提供系统所需的电能。
这种新型波浪补偿系统的工作原理如下：首先，传感器感知到波浪的力量和频率，然后将这些信息传输给控制器；控制器根据传感器反馈的信息计算出相应的补偿措施，然后通过电子控制技术将这些措施传输给执行机构；执行机构根据控制器的指令实现船体或者平台的姿态调整，从而抵消波浪的影响，保持系统的稳定性和舒适性。
整个过程实现了波浪对海上设施的智能化补偿，提高了系统的性能和可靠性。
相比传统的波浪补偿系统，这种新型波浪补偿系统有着以下几个优点：1.自适应性强：传统的波浪补偿系统往往只适用于特定范围内的波浪频率，当波浪频率发生变化时，系统的性能就会受到影响。
而这种新型波浪补偿系统通过电子控制技术，能够实时调整补偿措施，使得系统具有更强的自适应性，适用范围更广。
2. 体积小、重量轻：传统的波浪补偿系统一般采用液压缸或者球astern等机械装置，体积庞大且重量较重，不利于在海上设施和船只上的应用。
一种新型主动式波浪补偿系统原理样机的设计及研究_王岩
V下＝V0 （V1 V2）
(1)
其中： V0 -起重机收放补给物资的速度；
V1 -补给船升沉速度；
V 2 -接收船升沉速度。
作者简介：王岩（1972 -） ，硕士研究生，研究方向：装备工程。 45
2 主动式波浪补偿系统组成
主动式波浪补偿系统原理样机主要由执行机构、相 对运动检测模块和控制系统等组成，系统原理见图 2 所示。
1.主臂架
2.液压绞车 3.补偿油缸
4.油缸支架
5.动滑轮 6.起重索
7.定滑轮 8.传感器
图 3 原理样机的结构原理图
46
信号传播到 R2 和 R3 与传播到 R1 的声程差分 别为 d21 和 d31，从而可计算出 S 的相对位置。根 据这一原理，设计了以高性能单片机为核心的检测 电路，进行了调试和试验，存在问题有：a.超声传 感器发生器的波束角较小，声信标信号运动时，接 收换能器有时接收不到信号，造成无法测量； b.有 回声现象。 经分析， 回声可通过信号处理进行抑制， 但是要提高波束角，需要开发新的超声传感器，因 此本文没有继续进行深入研究。
试验原理样机主要由波浪补偿系统原理样机和 液压折臂式起重机组成，补偿系统加装在起重机上 以实现波浪补偿功能，结构原理如图 3 所示。 执行机构主要由液压补偿油缸和电磁比例阀等 组成，液压补偿油缸安装在起重机的起重臂上，将 起重机的起重索绕在液压补偿油缸的滑轮组上，用 补偿油缸直接控制起重机的起重索，实现对波浪运 动的补偿。
图 1 并靠补给作业示意图
1 波浪补偿技术原理
波浪补偿起重机是为了适应海上补给的特殊要 求而开发的一种专用起重装置。从图 1 可以看出： 当设定向下运动为正方向时， 补给物资的着船速度， 即货物相对于接收船的下降速度为起重机吊索收放 速度和两船相对运动速度的叠加 ：
一种新型主动式波浪补偿系统的原理及数学建模
国防科技大学学报第29卷第3期J OUR NAL OF NA TIONA L UNIVERSI TY OF DEFENSE TECHNO LO GY Vol.29No.32007文章编号:1001-2486(2007)03-0118-05一种新型主动式波浪补偿系统的原理及数学建模X徐小军,陈循,尚建忠(国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南长沙410073)摘要:基于差动行星齿轮传动机构,提出了一种新型主动式波浪补偿系统。
介绍了波浪补偿的系统组成,在分析差动行星轮系调速特性的基础上,阐述了波浪补偿系统的工作原理和补偿机制。
根据波浪补偿的两个主要目的,按照从补给船吊装载荷到被补给船的整个工作过程,建立了波浪补偿系统的数学模型,为实现系统的计算机控制提供依据。
关键词:波浪补偿;差动行星齿轮传动;数学建模中图分类号:TH132141文献标识码:AThe Principle and Mathematical Modeling of a New ActiveHeave Compensation SystemXU Xiao-jun,C HEN Xun,S HANG Jian-zhong(College of Mac hatronics Engineering and Automation,National Univ.of Defense Technol ogy,Changsha410073,Chi na) Abstract:A new active heave compensation system(AHCS)was proposed,based on a di fferential planet transmission mechanism. The velocity adjustin g feature of differential gear train was analyzed and the working and compensation principles of the AHCS were presented.Furthermore,in terms of the t wo main purposes of heave compensation and in accordance with the whole process of hoisting from despot ship to aim ship,a mathematical model was established for the computer con trol of the system.Key words:heave compensation;differential planet transmission;mathematical modeling波浪补偿系统是伴随着海上作业日益发达和频繁而产生的一种新型吊装作业系统。
三自由度并联式波浪补偿平台建模与仿真
三自由度并联式波浪补偿平台建模与仿真1. 引言1.1 研究背景三自由度并联式波浪补偿平台是一种用于船舶、海洋结构等领域的先进补偿系统，可以有效抵消波浪引起的船体运动，提高船舶的稳定性和操作性。
随着海洋工程领域的发展和海上作业需求的增加，对波浪补偿平台的研究越来越受到重视。
目前存在的波浪补偿平台大多为二自由度结构，无法完全满足复杂海况下的应用需求。
有必要对三自由度并联式波浪补偿平台进行深入研究，以提高其在海洋工程中的适用性和可靠性。
通过建立该平台的模型，并进行波浪力学建模、运动学分析、动力学分析和控制策略设计等研究，可以为波浪补偿平台的设计和应用提供重要的理论支持和技术参考。
本研究旨在探索三自由度并联式波浪补偿平台的建模与仿真方法，为其在海洋工程领域的广泛应用奠定基础。
1.2 研究意义三自由度并联式波浪补偿平台的研究意义主要体现在以下几个方面：波浪补偿技术在海洋工程领域具有重要意义。
海洋环境中的波浪对海洋工程设施和船舶运动产生了极大的影响，波浪补偿平台的研究可以有效减轻波浪引起的结构载荷和振动，提高海洋工程设施和船舶的安全性和稳定性。
三自由度并联式波浪补偿平台可以广泛应用于海上风电、海洋油气开采、海洋观测等领域。
这些领域对于提高海洋工程设施的工作效率和可靠性具有重要意义，而波浪补偿平台的研究可以为这些领域的发展提供有效技术支持。
研究三自由度并联式波浪补偿平台可以推动我国海洋工程技术的发展。
随着我国海洋经济的快速发展，海洋工程领域对于高效、安全的技术需求日益增加，而波浪补偿技术的研究将为我国海洋工程技术的提升和创新提供重要支持。
深入研究三自由度并联式波浪补偿平台的意义重大且具有广泛应用前景。
1.3 研究目的研究目的是为了设计和优化三自由度并联式波浪补偿平台的控制系统，提高平台在波浪环境下的稳定性和性能。
通过建立波浪力学模型、运动学分析和动力学分析，我们可以深入了解平台在波浪作用下的运动规律和受力情况，为设计研发合适的控制策略奠定基础。
一种新型波浪补偿系统研究_鄢华林
52卷 第2期（总第195期） 中 国 造 船 V ol.52 No.2 （Serial No. 195） 2011年6 月 SHIPBUILDING OF CHINA June. 2011 文章编号：1000-4882（2011）02-0154-07一种新型波浪补偿系统研究鄢华林，姜飞龙，赵 瑞，周 超（江苏科技大学 机械工程学院，镇江 212003）摘 要以波浪补偿反馈控制系统作为研究对象,分析了波浪速度补偿原理、正常吊放和波浪补偿测速度液压系统的工作原理,给出了恒张力的计算方法。
推导了闭环系统的开环传递函数，采用了伪微分控制算法,计算了伪微分控制器的各个参数。
最后，通过仿真表明，伪微分控制具有良好的动态响应，满足波浪补偿反馈控制系统要求，在其他控制领域也具有广阔的应用前景。
关 键 词：船舶、舰船工程；波浪补偿；液压绞车；伪微分控制中图分类号：U666.124 文献标识码：A0 引 言在海上补给作业过程中，受风浪的影响，补给船和被补给船都会随着海浪做不规则的起伏运动，由于两船之间不规则的运动，在补给船和被补给船吊放货物的过程中，货物在接近甲板或者离开甲板的时候，极易撞击到船的甲板，严重时物毁船损，即将放落到甲板上的货物也可能由于被补给船的下沉而出现悬空而落入水中，造成相当大的经济损失，特别是对于一些军用物资（如导弹箱），具有极大的危险性，绝不允许这种情况发生。
波浪补偿反馈控制系统通过对货物吊放液压系统的控制，使货物在吊放过程中保持相对稳定性，从而确保了货物装卸过程的安全可靠。
1 补偿原理图1为波浪补偿反馈控制系统执行机构示意图，两船做补给作业，货物相对被补给船的速度为 012()V V V V ∆=+− （1）式中：0V 为滑轮组收放缆绳的速度；1V 为补给船升沉速度；2V 为被补给船升沉速度。
当021V V V =−时，0122112()()()0V V V V V V V V ∆=+−=−+−=，货物由来自液压泵的压力油经过三位四通电磁换向阀控制液压缸伸缩，带动滑轮组收放缆绳，补偿缸通过滑轮组收放缆绳保证货物相对被补给船平稳下放。
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时， 油进入 蓄能器 ， 蓄能器气囊压缩 ， 会使得压力升 到设定值时 ， 系统压力也达到了设定压力 ， 这时 Ｘ ２ 口 高， 这样会使得钢丝绳张力变大 ， 从而使得耙头对河 的分压等于 ｘ 。 口的压力 ， 则伺服阀两端的压差为零 。 床的压力变小 ， 反之 ， 补偿液压缸伸出时 ， 蓄能器中油 伺服阀回到中位 ， 泵的排量变为零 ， 这时泵工作在高 收稿 日 期： ２ ０ １ ２ ． １ １ － ２ ０ 压待命状态 ， 消耗 的功率接近零 ， 安全阀的作用是保
此 系统 存在 的缺 点 ： ２ ）在整 个 行 程 中 ， 钢 丝 绳 的张力 变 化较 大 ， 因为 ｘ： 口的压 差减 小 ， 于是泵 的排量 开始 减小 。随 着钢丝 采用蓄能器 ， 蓄能器的储油有限 ， 当补偿液压缸缩 回 绳 张 紧力 的增 加 ， 系 统 压力 也 增 加 ， 当钢丝 绳 张 力达
而使 用 不成 问题 ； 而 对 于新 兴 的非 公 小企 业 来 就 ， 常 常是相 关人 才缺乏 ， 会不 时地遇 到 困难 。 水混 合 物 中 的杂 物处 理 。虽然 在 泥浆 池 中有 绞 绊 机 绞绊 ， 比重 大 的石 块 会 自动 向下沉 ， 但 也 会 遇上 一 些
社． １ ９Βιβλιοθήκη ８ ６ ． 量 双 向液 压 泵 工作 ， 由于这 时 钢 丝绳 的拉力 为零 ， 则
此时液控伺服阀一端ｘ。 口的作用压力为补油压力 ， 通
图 １ 现用的恒 张力原理图
常设定 为 ２ ＭＰ ａ ， 另一端 ｘ 口的作用压力为零 ， 这 时
伺服阀两端 的压差最大 ， 伺服阀以右位工作 ， 变量活 塞使泵 的排量 为最 大 ， 马达 以最 高的转速拉 紧钢丝 １ ） 补偿 的行程有 限 ， 这是 因为液压缸 的行程有 绳 ， 当钢 丝 绳拉 力 达 到 一定 值 时 ， 相 应 的 系统 压 力也 限， 当波浪大 时， 可能液压缸会达到伸 出或缩回的终 达到了顺序 阀的设定压力 ， 这时顺序 阀打开 ， 液压油 点， 如果 超 过这 两点 上 ， 就 失 去 了补偿 作用 。 流过两个节流孔 ， 产 生分压作用 ， 使伺服阀两端 ｘ 和
作者 简介 ： 胡 军驰 （ １ ９ ６ ７ ． ） ， 男， 本科、 工程 师 ， 从事 流体传 动与控制方
面 的 系统 设 计 ． 液压元件选型配置 。
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溢体 动与控彝 ｜
２ ０ １ ３ 年 第２ 期
故障技术要求就 比较高 ， 需要系统学习过液压与气压 后 ， 会 增 加 泵 的 吸人 阻力 ， 且密度越大 ， 阻挡 效 果 越 知识 、 且有 一定 的现 场处 理 问题 的经 验才 行 。这对 于 好 ， 而阻力却越大， 使泵的工作效率有所降低 ， 这是一 中型 以上 的施 工企 业 来 就 ， 不愁 这 一 方 面 的人才 ， 因 对 矛盾 。
第２ 期（ 总期 ５ ７ 期）
２ ０ １ ３ 年３ 月
浠体钴劲 控副
Ｆ ｌ ｕ ｉ ｄ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ
Ｎｏ ． ２ （ Ｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｎｏ ． ５ ７ ）
Ｍａ ｒ ． ， ２ ０ １ ３
一
种 新 型 波 浪 补 偿 器
胡军驰
（ 上海华丰工业控制技术工程有限公 司 上海 ２ ０ ０ ０ ７ ０）
摘 要 ： 涉及 耙吸式 挖泥船 的波浪补偿 器原理 ， 及新 型闭式液 压系统 波浪补偿器 ， 使 用恒张力 的原理来实现 波浪补
偿。
关 键词 ： 挖泥船 ； 耙头 ； 波浪补偿 器 ； 设计
耙 头也 有 被 抬 起 的倾 向 ， 耙 头对 河 床 的压力 变 小 ， 则 的恒 张力 ， 实 现挖 泥船 的耙 头波 浪补 偿 。该 闭式液 压
所示。 钢丝绳拉力变大 ， 则补偿液压缸压缩 ， 油被压缩进蓄 系统原 理 图如 图 ２ 能器 ， 钢丝绳放出 ， 减 小船 体 被 抬起 时耙 头 所 受 的 影 响； 反之 ， 当船 处于 波谷 而下 降 时 ， 耙 头 对河 床 的压 力
参考文献
５ ） 该泥水分 离设备使用 中的另一个 困惑是 ， 泥 ［ １ ］ 林 国重． 液压传 动与 控制 ［ Ｍ］ ． 北京 ： 北 京理工 大学 出版
［ ２ ］ 黎树 明． 工程船 液压 传动装 置 ［ Ｍ］ ． 北京 ： 人 民交通 出版
社， １ ９ ８ ４ ．
比重 比较小的各类硬质杂物 ， 倘若这些杂物进人到夹
板空间中 ， 又 未 能及 时 清理 的话 ， 将会 对 液 压缸 的工 作 产 生 干扰 ， 影 响挤 压 脱 水 效 果 。为 了解 决 这 一 难 题， 使 用 单 位 一般 都 会 在泵 管 路 的 吸入 口处 ， 安 装 一 格栅 ， 以阻挡 大尺寸 硬物 进人 夹板 空 间 。而 这样 做 了
中图分类号 ： Ｔ Ｈ１ ３ ７ 文献标志码 ： Ｂ 文章编 号： １ ６ ７ ２ ． ８ ９ ０ ４ － （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ ・ ０ ０ ４ １ ・ ０ ０ ２
使得压力变小 ， 钢丝绳张力变小 ， 使得耙头对河 波浪补偿器是应用恒张力的原理 ， 比如在耙吸式 流 出， 挖泥船上设有耙头波浪补偿器 ， 用于补偿船舶 因波浪 床 的压 力变 大 。 本设计 的方案 是使用闭式液压系统达到钢丝绳 升降而影响耙头对河床 的压力 ， 当波浪抬起船舶时 ，
加大 ， 钢丝绳的拉力变小 ， 这 时油在蓄能器压力的作 用 下进入 补 偿 液压 缸 ， 升起 液压 缸 ， 将 钢丝绳 收 回 ， 以 抵消耙头对河床压力加大的倾 向， 现在使用的系统原 理 图如 图 ｌ 所示 。
图２ 闭式液压 系统恒张力原理图
系 统 的工 作 原 理 如下 ： 刚开 动 电机 时 ， 柱 塞式 变