CN109185072A - 六自由度海上浮动平台模拟器 - Google Patents

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CN109185072A CN201810730327.2A CN201810730327A CN109185072A CN 109185072 A CN109185072 A CN 109185072A CN 201810730327 A CN201810730327 A CN 201810730327A CN 109185072 A CN109185072 A CN 109185072A
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CN201810730327.2A
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冯延晖
苏建国
邱颖宁
汤海山
陈浪
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Nanjing University of Science and Technology
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Nanjing University of Science and Technology
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F03D13/25—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors specially adapted for offshore installation

Abstract

本发明提出了一种六自由度海上浮动平台模拟器，用于提供给浮动式海上风机的测试使用，包括运动平台、底座、位姿检测器、控制系统、驱动系统、动力系统，所述运动平台安装在底座上，所述位姿检测器安装在运动平台的下表面中心，用于检测运动平台的实时位姿；所述控制系统用于根据所要模拟的浮动平台运动轨迹以及运动平台的实时位姿解析得到相应的控制信号；所述驱动系统根据控制信号驱动动力系统做出相应运动，从而所述运动平台在动力系统的作用下实现所要模拟的运动。本发明的六自由度浮动平台能够提供高机动性能的测试环境。

Description

六自由度海上浮动平台模拟器
技术领域
本发明涉及海上风电技术，具体而言涉及一种六自由度海上浮动平台模拟器。
背景技术
现有的海上风力发电装置基本上是在海底打桩后架起来，与陆地上的差别不大。这样的风力发电机大多架设在浅海水域，水深一般不超过30米。而在深海区域，风能资源丰富，市场前景广阔。要开发这些水深超过50米的深海区域，按照目前普遍采用的各种贯穿桩结构固定在海底的方式而言，其成本将直线上升，相对浮动式海上风机而言已不具备成本优势。应用于海上风电领域的浮动平台所受的载荷不同于传统工程中的漂浮式平台，浮动式海上风机除了承受风浪、海流的联合作用外，还要承受因风力发电机这一高耸的结构运行引起的陀螺回转效应、倾覆力矩以及绕垂直轴的扭矩，整个风机会产生六个自由度的剧烈运动，给风机的控制系统带来很大的干扰，影响风机的正常运行，甚至危及整个系统结构的安全性，因此针对海上风机浮动平台的不足对风机的运行及维护需做出相应的调整改变。然而到实际环境中对浮动平台进行勘测调整，成本较高且操作困难。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种六自由度海上浮动平台模拟器，以满足高机动性能的测试要求。
实现本发明的技术解决方案为：一种六自由度海上浮动平台模拟器，包括运动平台、底座、位姿检测器、控制系统、驱动系统、动力系统，所述运动平台安装在底座上，所述位姿检测器安装在运动平台的下表面中心，用于检测运动平台的实时位姿；所述控制系统用于根据所要模拟的浮动平台运动轨迹以及运动平台的实时位姿解析得到相应的控制信号；所述驱动系统根据控制信号驱动动力系统做出相应运动，从而所述运动平台在动力系统的作用下实现所要模拟的运动。
优选地，所述动力系统包括6套电动缸，所述6套电动缸均分别通过铰链以并联的方式将运动平台和底座连接起来。
优选地，所述每套电动缸均包括丝杆以及与丝杆连接的伺服电机，所述伺服电机同时与驱动系统连接，所述丝杆的支承端与运动平台铰接，所述丝杆的固定端与底座铰接。伺服电机接收驱动信号控制丝杆的速度和行程，实现运动平台的运动。
优选地，以所述6套电动缸与所述底座的6个铰接点为顶点构成的六边形以及以所述6套电动缸与所述运动平台的6个铰接点为顶点构成的六边形不能同时为标准正六边形。
优选地，运动平台设有安装孔，所述安装孔用于固定测试风机。
优选地，所述底座上设有安装孔，用于将其固定在地面。
优选地，所述运动平台为旋转对称图形。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明不仅结构简单，安装维护操作简便，同时采用闭环伺服控制系统，控制精度高，模拟效果好，具有较强的实用价值。
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
附图说明
图1是海上浮动平台模拟器的模块结构示意图。
图2是海上浮动平台模拟器的整体结构示意图。
图3是海上浮动平台模拟器的上视图示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种六自由度海上浮动平台模拟器，包括运动平台1、底座2、位姿检测器3、控制系统4、驱动系统5、动力系统6，所述运动平台1安装在底座2上，所述位姿检测器3安装在运动平台1的下表面中心，用于检测运动平台1的实时位姿；所述控制系统4用于根据所要模拟的浮动平台运动轨迹以及运动平台1的实时位姿解析得到相应的控制信号；所述驱动系统5根据控制信号驱动动力系统6做出相应运动，从而所述运动平台1在动力系统6的作用下实现所要模拟的运动。本发明中，运动平台1是有效载荷的安装基面，提供六自由度的摇摆运动，用以模拟海上浮动风机平台的运动；底座2是海上浮动平台模拟器的安装基面，能够承受足够大的冲击力；在某些实施例中，所要模拟的浮动平台运动轨迹可以通过外部输入，亦可以存储在数据库，直接调用。
进一步的实施例中，所述动力系统包括6套电动缸，所述6套电动缸均分别通过铰链以并联的方式将运动平台和底座连接起来。
进一步的实施例中，所述每套电动缸均包括丝杆以及与丝杆连接的伺服电机，所述伺服电机同时与驱动系统连接，所述丝杆的支承端与运动平台铰接，所述丝杆的固定端与底座铰接。伺服电机接收驱动信号控制丝杆的速度和行程，实现运动平台的运动。
进一步的实施例中，以所述6套电动缸与所述底座的6个铰接点为顶点构成的六边形以及以所述6套电动缸与所述运动平台的6个铰接点为顶点构成的六边形不能同时为标准正六边形。
进一步的实施例中，运动平台设有安装孔，所述安装孔用于固定测试风机。
进一步的实施例中，所述底座上设有安装孔，用于将其固定在地面。
进一步的实施例中，所述运动平台为旋转对称图形。
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
如图2和图3所示，运动平台1和底座2均为圆柱体；位姿检测器3安装在运动平台1的下表面中心处；六套电动缸7通过虎克铰链8采用并联的方式将运动平台1与底座2进行连接，每套电动缸均包括丝杆以及与丝杆连接的伺服电机，伺服电机同时与驱动系统连接，丝杆的支承端与运动平台铰接，丝杆的固定端与底座铰接，伺服电机接收驱动信号控制丝杆的速度和行程，实现运动平台的运动；运动平台1上的六个虎克铰链8安装点每两个一组，每组均匀分布在运动平台1下表面的圆周12、13、14；底座2上的六个虎克铰链8安装点每两个一组，每组均匀分布在底座2上表面的圆周上9、10、11；同时任意相邻两套电动缸7的丝杆不能平行安装。
运动平台1预留大量安装孔方便测试风机在不同位置的固定，方便浮动平台的测试；底座2预留少量安装孔方便固定于地面。

Claims (7)

1.一种六自由度海上浮动平台模拟器，其特征在于，包括运动平台(1)、底座(2)、位姿检测器(3)、控制系统(4)、驱动系统(5)、动力系统(6)，所述运动平台(1)安装在底座(2)上，所述位姿检测器(3)安装在运动平台(1)的下表面中心，用于检测运动平台(1)的实时位姿；所述控制系统(4)用于根据所要模拟的浮动平台运动轨迹以及运动平台(1)的实时位姿解析得到相应的控制信号；所述驱动系统(5)根据控制信号驱动动力系统(6)做出相应运动，从而所述运动平台(1)在动力系统(6)的作用下实现所要模拟的运动。
2.根据权利要求1所述的六自由度海上浮动平台模拟器，其特征在于，所述动力系统(6)包括6套电动缸(7)，所述6套电动缸(7)均分别通过铰链以并联的方式将运动平台(1)和底座(2)连接起来。
3.根据权利要求2所述的六自由度海上浮动平台模拟器，其特征在于，所述每套电动缸均包括丝杆以及与丝杆连接的伺服电机，所述伺服电机同时与驱动系统(5)连接，所述丝杆的支承端与运动平台(1)铰接，丝杆的固定端与底座(2)铰接。
4.根据权利要求2所述的六自由度海上浮动平台模拟器，其特征在于，以所述6套电动缸(7)与所述底座(2)的6个铰接点为顶点构成的六边形以及以所述6套电动缸(7)与所述运动平台(1)的6个铰接点为顶点构成的六边形不能同时为标准正六边形。
5.根据权利要求1所述的六自由度海上浮动平台模拟器，其特征在于，运动平台(1)设有安装孔，所述安装孔用于固定测试风机。
6.根据权利要求1所述的六自由度海上浮动平台模拟器，其特征在于，所述底座(2)上设有安装孔，用于将其固定在地面。
7.根据权利要求1所述的六自由度海上浮动平台模拟器，其特征在于，所述运动平台(1)为旋转对称图形。
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