CN104535357A - 一种液舱模型砰击荷载半实物仿真测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液舱模型砰击荷载半实物仿真测量系统，其特征在于：它包括工控机模拟平台、数据采集卡、信号处理装置、电液伺服作动器、运动台、待测液舱模型和信号检测装置；工控机模拟平台将设定的运动激励信号通过数据采集卡发送到信号处理装置；信号处理装置对其进行处理后生成控制信号发送到电液伺服作动器；电液伺服作动器接收到控制信号后驱动运动台运动，并带动待测液舱模型运动；信号检测装置将实时检测的电液伺服作动器和运动台的实际运动信号发送到工控机模拟平台；工控机模拟平台将负反馈信号发送到信号处理装置；信号处理装置对其进行处理后发送到电液伺服作动器，最终使得运动台的实际运动信号与工控机模拟平台设定的运动激励信号相一致。本发明可广泛应用于液舱模型抨击荷载的测量中。

Description

一种液舱模型砰击荷载半实物仿真测量系统

技术领域

本发明涉及一种液舱模型砰击荷载仿真测量系统，特别是关于一种适用于超大型浮式LNG生产储卸装置的液舱模型砰击荷载半实物仿真测量系统。

背景技术

目前，用于超大型浮式LNG(液化天然气)生产储卸装置的液舱模型砰击荷载的仿真测量首先需要根据实际的LNG液舱原形建造相应的LNG液舱实验模型，并在实验室水池内模拟海洋环境动力荷载，然后才能进行液舱模型砰击荷载的测量。由于液舱模型砰击荷载的测量结果对于超大型浮式LNG生产储卸装置液舱原形的建造成本起着决定性的作用，而且，如果超大型浮式LNG生产储卸装置液舱原形建造不合理，会导致液舱失效，液舱失效造成的经济损失极大。为了尽量避免液舱失效，造成不应有的经济损失，并且降低液舱原形的建造成本，液舱模型砰击荷载的测量精度必须很高。

然而，液舱模型砰击荷载的测量实验成本一般很高。一方面，由于仿真测量中采用实验室水池来模拟海洋环境动力荷载时只能采用缩比很大的液舱实验模型，因而导致最终的实验测量结果误差过大，测量精度将很差，无法应用于实际工程中。另一方面，利用实验室水池对海洋环境动力荷载进行模拟时非常困难，特别是对波浪荷载环境进行模拟时更加困难。而受波浪作用的超大型浮式LNG生产储卸装置又长期工作在恶劣的海况下，例如南中国海的海浪环境，其对液舱砰击荷载的测量精度要求很高，如何真实地模拟波浪荷载环境是无法回避的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种效率高、精度高、低成本的液舱模型砰击荷载半实物仿真测量系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种液舱模型砰击荷载半实物仿真测量系统，其特征在于：它包括工控机模拟平台、数据采集卡、信号处理装置、电液伺服作动器、运动台、待测液舱模型和信号检测装置；所述工控机模拟平台通过PCI总线将设定的运动激励信号发送到所述数据采集卡；所述数据采集卡将运动激励信号发送到所述信号处理装置；所述信号处理装置接收到运动激励信号后，对其进行放大和电平转换，并将生成的控制信号通过标准接口发送到所述电液伺服作动器，所述电液伺服作动器接收到控制信号后驱动所述运动台运动，并带动所述待测液舱模型运动；所述信号检测装置实时检测所述电液伺服作动器和运动台的实际运动信号，并通过所述数据采集卡发送到所述工控机模拟平台；所述工控机模拟平台根据接收到的实际运动信号进行负反馈调节，并将负反馈信号通过所述数据采集卡发送到所述信号处理装置；所述信号处理装置对负反馈信号进行放大和电平转换后发送到所述电液伺服作动器，最终使得所述运动台的实际运动信号与所述工控机模拟平台设定的运动激励信号相一致。

所述待测液舱模型为实际液舱模型原型的缩比模型，且所述待测液舱模型底部固定安装在所述运动台的台面上，所述信号检测装置设置在所述运动台和待测液舱模型之间，用于实时检测所述电液伺服作动器和运动台的实际运动信号。

所述工控机模拟平台包括海洋环境实时仿真模型、超大型浮式LNG生产储卸装置实时仿真模型和实时监控平台；所述海洋环境实时仿真模型和超大型浮式LNG生产储卸装置实时仿真模型为动态计算模型，用于为液舱模型的砰击测量提供不同的仿真环境；所述实时监控平台对所述电液伺服作动器和运动台的实际运动信号进行处理、显示和保存。

所述数据采集卡包括8路模数转换通道和8路数模转换通道。

所述信号检测装置包括两位移传感器、两速度传感器和一力传感器；两所述位移传感器分别安装在所述电液伺服作动器和运动台上；两所述速度传感器分别安装在所述电液伺服作动器和运动台上；所述力传感器安装在所述电液伺服作动器上。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用工控机模拟平台与待测液舱模型相结合构成半实物仿真测量系统，用工控机模拟平台模拟真实的载荷环境，并以待测液舱模型进行液舱模型砰击荷载的测量，实现了成本低、效率高、测量精度高的液舱模型砰击荷载的测量。2、本发明由于采用工控机模拟平台对海洋环境和超大型浮式LNG生产储卸装置进行仿真，可以为砰击荷载测量提供多种仿真环境，并可以针对液舱实验模型进行匹配与优化，极大地提高了仿真环境的灵活性和通用性，与实际的载荷环境更加贴近。3、本发明由于采用的待测液舱模型为实际液舱原型的缩比模型，且其与实际液舱原型的比例保持在1:20，相比现有的缩比很大的液舱实验模型，保证了液舱模型抨击的测量精度，能够更好的适用于实际液舱模型的设计中。本发明可以通过修改参数对不同仿真环境进行快速修改，根据液舱模型荷载测量结果进行匹配和优化，完善了液舱模型砰击荷载的必要测量过程，降低了实际液舱应用的风险及成本，因而可以广泛应用于液舱模型抨击荷载的测量中。

附图说明

图1是本发明结构示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明包括工控机模拟平台1、数据采集卡2、信号处理装置3、电液伺服作动器4、运动台5、待测液舱模型6和信号检测装置7。其中，待测液舱模型6为实际液舱原型的缩比模型，且待测液舱模型6底部固定安装在运动台5的台面上。信号检测装置7设置在运动台5和待测液舱模型6之间，用于实时检测电液伺服作动器4和运动台5的实际运动信号。

工控机模拟平台1通过PCI总线将设定的运动激励信号发送到数据采集卡2。数据采集卡2包括8路模数转换通道和8路数模转换通道，数据采集卡2通过数模转换通道将运动激励信号发送到信号处理装置3。信号处理装置3接收到运动激励信号后，对其进行放大和电平转换，并将生成的控制信号通过标准接口发送到电液伺服作动器4，电液伺服作动器4接收到控制信号后驱动运动台5运动，并带动待测液舱模型6运动。信号检测装置7实时检测电液伺服作动器4和运动台5的实际运动信号，并通过数据采集卡2的模数转换通道发送到工控机模拟平台1。工控机模拟平台1根据接收到的实际运动信号进行负反馈调节，并将负反馈信号通过数据采集卡2的数模转换通道发送到信号处理装置3，信号处理装置3对负反馈信号进行放大和电平转换后发送到电液伺服作动器4，最终使得运动台5的实际运动信号与工控机模拟平台1设定的运动激励信号相一致。

工控机模拟平台1包括海洋环境实时仿真模型11、超大型浮式LNG生产储卸装置实时仿真模型12和实时监控平台13。海洋环境实时仿真模型11和超大型浮式LNG生产储卸装置实时仿真模型12为动态计算模型，用于为液舱模型的砰击测量提供不同的仿真环境。实时监控平台13对数据采集卡2发送的电液伺服作动器4和运动台5的实际运动信号进行处理、显示和保存。

信号检测装置7包括两位移传感器71、两速度传感器72和一力传感器73。两位移传感器71分别安装在电液伺服作动器4和运动台5上，分别用于采集电液伺服作动器4和运动台5的位移信号。两速度传感器72分别安装在电液伺服作动器4和运动台5上，分别用于采集电液伺服作动器4和运动台5的速度信号。力传感器73安装在电液伺服作动器4上，用于采集电液伺服作动器4的负荷信号。

上述实施例中，电液伺服作动器4采用最大动负荷为±200kN，油缸行程为±75mm，工作频率范围为20HZ的设备。

本发明以一台PIV/2GHz的研华工业控制机作为硬件平台，DS1104PPC控制器板作为硬件支持。DS1104PPC控制器板为市售产品，在此不再赘述。

本发明液舱模型砰击荷载半实物仿真测量系统的测量方法包括以下步骤：

1)将数据采集卡2与传感器检测装置7和工控机模拟平台1按照下表连接好(如表1所示)。

表1工控机模拟平台信号连接

序号	信号名称及单位	信号类型	连接通道
				1	电液伺服作动器4位移信号(mm)	输出信号	D/A1
2	电液伺服作动器4位移信号(mm)	输入信号	A/D1
				3	待测液舱模型6位移信号(m)	输入信号	A/D2
4	待测液舱模型6速度信号(m/s)	输入信号	A/D3
				5	待测液舱模型6加速度信号(m/s2)	输入信号	A/D4
6	运动台5位移信号(m)	输入信号	A/D5
				7	运动台5速度信号(m/s2)	输入信号	A/D6
8	电液伺服作动器4负荷信号(kN)	输入信号	A/D7

2)启动工控机运行工控机模拟平台1，分别向海洋环境实时仿真模型11和超大型浮式LNG生产储卸装置实时仿真模型11输入不同的仿真参数模拟不同的仿真环境，例如不同气候条件下的海浪情况，设定运动激励信号并通过数据采集卡2发送到信号处理装置3。

3)信号处理装置3接收到运动激励信号后，对其进行放大和电平转换，并将生成的控制信号发送到电液伺服作动器4。

4)电液伺服作动器4根据接收到的控制信号驱动运动台5运动，进而使得安装在运动台5上的待测液舱模型6一起运动。

5)信号检测装置7实时采集电液伺服作动器4和运动台5的运动情况，并将检测到的实际运动信号发送到工控机模拟平台1中的实时监控平台11。

信号检测装置7检测到的实际运动信号包括电液伺服作动器4的位移信号和负荷信号、运动台5的位移信号和速度信号。另外，由于待测液舱模型6固定在运动台5的台面上，故待测液舱模型6的运动情况与运动台5的运动情况之间具有简单的函数关系。根据运动台5的运动情况，即可知道待测液舱模型6的运动情况。

6)实时监控平台11根据接收到的实际运动信号进行实时监控显示，同时将实际运动信号与设定的运动激励信号进行作差，差值信号作为负反馈信号发送到信号处理装置3。

7)信号处理装置3对负反馈信号进行放大和电平转换后发送到电液伺服作动器4，最终使得运动台5的实际运动信号与工控机模拟平台1设定的运动激励信号相一致。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种液舱模型砰击荷载半实物仿真测量系统，其特征在于：它包括工控机模拟平台、数据采集卡、信号处理装置、电液伺服作动器、运动台、待测液舱模型和信号检测装置；所述工控机模拟平台通过PCI总线将设定的运动激励信号发送到所述数据采集卡；所述数据采集卡将运动激励信号发送到所述信号处理装置；所述信号处理装置接收到运动激励信号后，对其进行放大和电平转换，并将生成的控制信号通过标准接口发送到所述电液伺服作动器，所述电液伺服作动器接收到控制信号后驱动所述运动台运动，并带动所述待测液舱模型运动；所述信号检测装置实时检测所述电液伺服作动器和运动台的实际运动信号，并通过所述数据采集卡发送到所述工控机模拟平台；所述工控机模拟平台根据接收到的实际运动信号进行负反馈调节，并将负反馈信号通过所述数据采集卡发送到所述信号处理装置；所述信号处理装置对负反馈信号进行放大和电平转换后发送到所述电液伺服作动器，最终使得所述运动台的实际运动信号与所述工控机模拟平台设定的运动激励信号相一致。

2.如权利要求1所述的一种液舱模型砰击荷载半实物仿真测量系统，其特征在于：所述待测液舱模型为实际液舱模型原型的缩比模型，且所述待测液舱模型底部固定安装在所述运动台的台面上，所述信号检测装置设置在所述运动台和待测液舱模型之间，用于实时检测所述电液伺服作动器和运动台的实际运动信号。

3.如权利要求1所述的一种液舱模型砰击荷载半实物仿真测量系统，其特征在于：所述工控机模拟平台包括海洋环境实时仿真模型、超大型浮式LNG生产储卸装置实时仿真模型和实时监控平台；所述海洋环境实时仿真模型和超大型浮式LNG生产储卸装置实时仿真模型为动态计算模型，用于为液舱模型的砰击测量提供不同的仿真环境；所述实时监控平台对所述电液伺服作动器和运动台的实际运动信号进行处理、显示和保存。

4.如权利要求2所述的一种液舱模型砰击荷载半实物仿真测量系统，其特征在于：所述工控机模拟平台包括海洋环境实时仿真模型、超大型浮式LNG生产储卸装置实时仿真模型和实时监控平台；所述海洋环境实时仿真模型和超大型浮式LNG生产储卸装置实时仿真模型为动态计算模型，用于为液舱模型的砰击测量提供不同的仿真环境；所述实时监控平台对所述电液伺服作动器和运动台的实际运动信号进行处理、显示和保存。

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种液舱模型砰击荷载半实物仿真测量系统，其特征在于：所述数据采集卡包括8路模数转换通道和8路数模转换通道。

6.如权利要求1或2或3或4所述的一种液舱模型砰击荷载半实物仿真测量系统，其特征在于：所述信号检测装置包括两位移传感器、两速度传感器和一力传感器；两所述位移传感器分别安装在所述电液伺服作动器和运动台上；两所述速度传感器分别安装在所述电液伺服作动器和运动台上；所述力传感器安装在所述电液伺服作动器上。

7.如权利要求5所述的一种液舱模型砰击荷载半实物仿真测量系统，其特征在于：所述信号检测装置包括两位移传感器、两速度传感器和一力传感器；两所述位移传感器分别安装在所述电液伺服作动器和运动台上；两所述速度传感器分别安装在所述电液伺服作动器和运动台上；所述力传感器安装在所述电液伺服作动器上。