CN110032202A - 一种基于光纤惯导的波浪补偿装置专用单环控制器 - Google Patents

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卢道华
付怀达
王佳
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    • B63B39/005—Equipment to decrease ship's vibrations produced externally to the ship, e.g. wave-induced vibrations
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Abstract

本发明涉及一种基于光纤惯导的波浪补偿装置专用单环控制器，包括控制器本体、光纤惯导系统、A/D转换器模块、D/A转换器模块、接口电路、伺服电机驱动模块、电液比例阀、液压驱动模块、显示器模块、矩阵键盘、电源模块和传感器模块；所述控制器本体包括主控模块和I/O口，光纤惯导系统测量船舶姿态信息，并把测得的数据传递给主控模块，在主控模块中计算当前波浪补偿装置状态与水平位置之间的偏差，并作出响应；根据波浪补偿装置结构和执行机构的类型对应连接控制器的驱动装置，并接入相应反馈传感器，通过执行机构的驱动，实现波浪补偿。本发明的优点在于：本发明专用单环控制器，能够适用不同动力装置和控制要求的波浪补偿装置。

Description

一种基于光纤惯导的波浪补偿装置专用单环控制器
技术领域
本发明涉及一种控制器，特别涉及一种基于光纤惯导的波浪补偿装置专用单环控制器。
背景技术
船舶在海洋中航行工作时，由于海风、海浪、洋流的作用及船舶自身航行运动的影响，船体会产生横摇、纵摇、升沉等摇荡运动，船舶上工作的仪器设备不可避免地会和船随风浪起伏，导致无法正常工作，在实际应用中，一般通过在船舶上设计波浪补偿装置解决这一技术问题。传统波浪补偿装置的研制的关键在于控制系统的设计，这往往需要综合考虑诸多因数，如波浪补偿装置的动力系统、船舶运动信息采集方式、执行元件的驱动方式、多传感器通信技术等，从控制系统设计到各部件的选型再到调试往往需要花费大量的人力物力，同时延长整个装置的开发时间，这就导致导致船舶上仪器设备装配使用延期，经济效益降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于光纤惯导的波浪补偿装置专用单环控制器，能够适用不同动力装置和控制要求的波浪补偿装置。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种基于光纤惯导的波浪补偿装置专用单环控制器，其创新点在于：包括控制器本体、光纤惯导系统、A/D转换器模块、D/A转换器模块、接口电路、伺服电机驱动模块、电液比例阀、液压驱动模块、显示器模块、矩阵键盘、电源模块和传感器模块；
所述控制器本体用于多种类具有不同结构和执行机构的波浪补偿装置，且所述控制器本体主要用于船舶的单自由度波浪补偿控制，即横摇、纵摇或垂荡方向；所述控制器本体包括主控模块和I/O口，且所述主控模块为控制器本体的核心控制单元，I/O口用于主控模块与控制器本体中其他模块之间是数据传输；
所述光纤惯导系统测量船舶姿态信息，并把测得的数据传递给主控模块，在主控模块中计算当前波浪补偿装置状态与水平位置之间的偏差，并作出响应；
所述A/D转换器用于把传感器模块的模拟量输出转换成数字量输出，D/A转换器用于把主控模块处理后的控制数据转换成模拟信号；所述控制器本体通过接口电路连接伺服电机驱动模块、电液比例阀和液压驱动模块，所述伺服电机驱动模块、电液比例阀和液压驱动模块用于驱动不同波浪补偿装置与其对应的执行机构；所述伺服电机驱动模块用于波浪补偿装置执行机构为伺服电机时的驱动，所述电液比例阀用于波浪补偿装置执行机构为液压马达时的驱动，所述液压驱动模块用于波浪补偿装置执行机构为液压缸时的驱动；
所述显示器模块用作显示船舶的运动信息和波浪补偿装置的补偿信息；所述矩阵键盘用作外接输入模块，用于改变程序设计参数；
所述矩阵键盘与控制器本体的I/O口连接，作为外接输入模块，用于改变程序设计中的参数，实现实时控制；所述电源模块用于给控制器中的各个模块供电。
进一步地，所述主控模块包括微处理器，复位电路，晶振电路，外部扩展ROM和RAM电路。
进一步地，所述光纤惯导系统由一个三轴陀螺仪和一个三轴加速度计组成。
进一步地，所述传感器模块包括线位移传感器和编码器，所述线位移传感器用于测量波浪补偿装置动力装置是液压系统时的执行装置油缸的伸长量，所述编码器用于测量波浪补偿装置动力装置是机电系统时的执行装置电机转速。
进一步地，所述显示器模块为LCD模块并且和主控模块采用RS232通信。
本发明的优点在于：本发明基于光纤惯导的波浪补偿装置专用单环控制器，根据波浪补偿装置的结构和动力装置特征对应连接到控制器的驱动装置并接入用于反馈的传感器，光纤惯导系统通过数据采集卡将船舶姿态和运动信息传输到控制器，控制器利用传感器检测到的船舶的运动参数，根据反解算法解算出各个执行装置的理论补偿值，通过接口电路连接驱动装置控制执行装置进行运动，利用传感器的反馈信息对补偿值进行修正；船舶的运动信息和波浪补偿装置的补偿信息通过通信接口实现在计算机上的实时显示，便于在控制器中对相关参数的调整，达到理想的补偿效果。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明与波浪补偿装置连接示意图。
图3为本发明的工作原理示意图。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例
本实施例基于光纤惯导的波浪补偿装置专用单环控制器，如图1所示，其中图中控制器本体1；光纤惯导系统2；A/D转换器3；D/A转换器4；接口电路5；伺服电机驱动模块6；电液比例阀7；液压驱动模块8；I/O口9；显示器模块10；矩阵键盘11；电源模块12；传感器模块13；负载传感器14；拉力传感器15；编码器16；线位移传感器17；数据线18。
实施例中，考虑到测量的精度与系统的稳定性，光纤惯导系统2可采用型号为F3X122MI的光纤陀螺加型号为JHT-I-A型的石英挠性加速度计。F3X122MI为脉冲信号输出，经主控模块采样解算可输出波浪补偿装置的三轴角速率信息。JHT-I-A具有模拟量输出接口，经A/D转换可输出波浪补偿装置的三轴加速度信息。 A/D转换器3用于把传感器的模拟量输出转换成数字量输出；D/A转换器4用于把主控模块处理后的控制数据转换成模拟信号；驱动模块6、7、8用于驱动不同波浪补偿装置与其对应的执行机构，伺服电机驱动模块6用于波浪补偿装置执行机构为伺服电机时的驱动。电液比例阀7用于波浪补偿装置执行机构为液压马达时的驱动。液压驱动模块8用于波浪补偿装置执行机构为液压缸时的驱动。I/O口9用于主控模块与控制器本体1中其他模块之间是数据传输。显示器模块10为LCD显示模块，通过RS232通信接口与控制器本体1中的I/O口9连接，用作显示波浪补偿装置工作过程图像，具体显示内容由控制器编程控制。矩阵键盘11与控制器本体1中的I/O口9连接，作为外接输入模块，用于改变程序设计中的参数，实现实时控制。电源模块12用于给控制器本体1中的各个模块供电。传感器模块13由编码器16、线位移传感器17、负载传感器14、拉力传感器15组成。编码器16用于测量波浪补偿装置执行机构为液压马达时的电机转速，作波浪补偿装置运动反馈。线位移传感器17用于测量波浪补偿装置执行机构为液压缸时的液压缸伸长量，作波浪补偿装置运动反馈。压力传感器14和拉力传感器15用于敏感波浪补偿装置的负载。
图2为本发明一种基于光纤惯导的波浪补偿装置专用单环控制器与波浪补偿装置连接示意图。根据所需控制的波浪补偿装置的结构和执行机构特性，对应连接到控制器的驱动装置，并接入控制器中对应的用于反馈的传感器。如图2所示，波浪补偿装置的执行机构为液压缸时，则将控制器的液压驱动模块8通过数据线18与液压缸相连接，并将线位移传感器连接到液压缸的合适位置，作波浪补偿装置运动反馈。如图2所示，波浪补偿装置的执行机构为液压马达时，则将控制器的电液比例阀7通过数据线18与液压缸相连接，并将编码器与液压马达相连接，用来测量液压马达转速，作波浪补偿装置运动反馈。如图2所示，波浪补偿装置的执行机构为伺服电机时，则将控制器的伺服电机驱动模块6通过数据线18与伺服电机相连接。安装控制器时，控制器必须安装在波浪补偿装置下平台的几何中心，安装平面与波浪补偿平台下平面必须紧密、平整、稳定，否则姿态测量时容易产生误差 。
图3所示为本发明的的工作原理示意图,，光纤惯导系统2通过数据采集卡将船舶姿态和运动信息传输到控制器，控制器利用传感器检测到的船舶的运动参数，根据反解算法解算出各个执行装置的理论补偿值，通过接口电路5连接驱动装置控制执行装置进行运动，利用传感器的反馈信息对补偿值进行修正；船舶的运动信息和波浪补偿装置的补偿信息通过通信接口实现在计算机上的实时显示，便于在控制器中对相关参数的调整，达到理想的补偿效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种基于光纤惯导的波浪补偿装置专用单环控制器，其特征在于：包括控制器本体、光纤惯导系统、A/D转换器模块、D/A转换器模块、接口电路、伺服电机驱动模块、电液比例阀、液压驱动模块、显示器模块、矩阵键盘、电源模块和传感器模块；
所述控制器本体用于多种类具有不同结构和执行机构的波浪补偿装置，且所述控制器本体主要用于船舶的单自由度波浪补偿控制，即横摇、纵摇或垂荡方向；所述控制器本体包括主控模块和I/O口，且所述主控模块为控制器本体的核心控制单元，I/O口用于主控模块与控制器本体中其他模块之间是数据传输；
所述光纤惯导系统测量船舶姿态信息，并把测得的数据传递给主控模块，在主控模块中计算当前波浪补偿装置状态与水平位置之间的偏差，并作出响应；
所述A/D转换器用于把传感器模块的模拟量输出转换成数字量输出，D/A转换器用于把主控模块处理后的控制数据转换成模拟信号；所述控制器本体通过接口电路连接伺服电机驱动模块、电液比例阀和液压驱动模块，所述伺服电机驱动模块、电液比例阀和液压驱动模块用于驱动不同波浪补偿装置与其对应的执行机构；所述伺服电机驱动模块用于波浪补偿装置执行机构为伺服电机时的驱动，所述电液比例阀用于波浪补偿装置执行机构为液压马达时的驱动，所述液压驱动模块用于波浪补偿装置执行机构为液压缸时的驱动；
所述显示器模块用作显示船舶的运动信息和波浪补偿装置的补偿信息；所述矩阵键盘用作外接输入模块，用于改变程序设计参数；
所述矩阵键盘与控制器本体的I/O口连接，作为外接输入模块，用于改变程序设计中的参数，实现实时控制；所述电源模块用于给控制器中的各个模块供电。
2.根据权利要求1所述的基于光纤惯导的波浪补偿装置专用单环控制器，其特征在于：所述主控模块包括微处理器，复位电路，晶振电路，外部扩展ROM和RAM电路。
3.根据权利要求1所述的基于光纤惯导的波浪补偿装置专用单环控制器，其特征在于：所述光纤惯导系统由一个三轴陀螺仪和一个三轴加速度计组成。
4.根据权利要求1、2或3所述的基于光纤惯导的波浪补偿装置专用单环控制器，其特征在于：所述传感器模块包括线位移传感器和编码器，所述线位移传感器用于测量波浪补偿装置动力装置是液压系统时的执行装置油缸的伸长量，所述编码器用于测量波浪补偿装置动力装置是机电系统时的执行装置电机转速。
5.根据权利要求1所述的基于光纤惯导的波浪补偿装置专用单环控制器，其特征在于：所述显示器模块为LCD模块并且和主控模块采用RS232通信。
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