CN209417544U - 一种基于六自由度运动控制的海上波浪补偿仿真装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于六自由度运动控制的海上波浪补偿仿真装置，包括底座台、航姿参考系统、波浪仿真台和补偿仿真台。波浪仿真台通过六个推动机构安装在底座台上。补偿仿真台通过六个推动机构安装在波浪仿真台上。推动机构一端为固定端，另一端为伸缩端。推动机构的伸缩端伸缩时，波浪仿真台和补偿仿真台能够进行波浪式运动。航姿参考系统设于补偿仿真台中心，用于检测补偿仿真台运动时的姿态角和线加速度。补偿仿真台的运动和波浪仿真台的运动能够相互补偿时，补偿仿真台能够保持平稳。本实用新型极大地简化了波浪补偿实验所需的环境，对波浪补偿控制策略进行研究和验证，为实际作业中的波浪补偿系统的研发打下基础。

Description

一种基于六自由度运动控制的海上波浪补偿仿真装置

技术领域

本实用新型涉及波浪补偿控制技术领域。

背景技术

风力发电作为可再生能源发展战略的重要组成部分，一直备受关注。目前，潮间带、潮下带滩涂风场及近海风电场的桩基础通常采用固定式结构。由于海上风浪较大，船舶无法平稳地顶靠作业平台，作业人员从船舶登上风机平台具有很大的风险，因此，需要一种海上波浪补偿系统将作业人员和设备从船舶安全运送至风机平台上。

现有的波浪补偿系统主要有主动和牵引复合式补偿装置、随动补偿装置和油缸加蓄能器的气液混合型补偿装置，这几种装置虽然对由风浪引起船舶的无规律运动有一定的补偿效果。

发明内容

本实用新型所要解决的问题：对风浪引起船舶的无规律运动进行仿真模拟，并补偿仿真。

为解决上述问题，本实用新型采用的方案如下：

一种基于六自由度运动控制的海上波浪补偿仿真装置，包括底座台、航姿参考系统、波浪仿真台和补偿仿真台；波浪仿真台通过六个第一推动机构安装在底座台上；补偿仿真台通过六个第二推动机构安装在波浪仿真台上；第一推动机构和第二推动机构一端为固定端，另一端为伸缩端；第一推动机构的两端分别和底座台、波浪仿真台活动连接，使得第一推动机构的伸缩端伸缩时，波浪仿真台能够进行波浪式运动；第二推动机构的两端分别和波浪仿真台、补偿仿真台连接，使得第二推动机构的伸缩端伸缩时，补偿仿真台能够进行波浪式运动；航姿参考系统设于补偿仿真台中心，用于检测补偿仿真台运动时的姿态角和线加速度。

进一步，还包括六个第一伺服驱动器和六个第二伺服驱动器；六个第一伺服驱动器设置在底座台上，分别连接六个第一推动机构；六个第二伺服驱动器设置在波浪仿真台上，分别连接六个第二推动机构。

进一步，还包括第一控制板和第二控制板；第一控制板设置在底座台上，连接第一伺服驱动器；第二控制板设置在波浪仿真台上，连接第二伺服驱动器。

进一步，第一控制板和第二控制板用于接收主控计算机所发送的运动控制信号，根据主控计算机所发送的运动控制信号计算各个推动机构的伸缩量，然后将各个推动机构的伸缩量发送至对应的第一伺服驱动器和第二伺服驱动器。

进一步，还包括主控计算机；主控计算机连接第一控制板、第二控制板和航姿参考系统。

进一步，六个第一推动机构设于底座台和波浪仿真台的边缘，相邻两个第一推动机构和底座台或波浪仿真台组成三角结构；六个第二推动机构设于波浪仿真台和补偿仿真台的边缘，相邻两个第二推动机构和波浪仿真台和补偿仿真台组成三角结构。

本实用新型的技术效果如下：

1、相邻两个推动机构和平台之间组成三角结构，使得平台在推动机构失去动力支撑时也不会使得波浪仿真台和补偿仿真台翻到。

2、能够让计算机通过六个运动自由度对波浪仿真，并进行补偿仿真。

3、借助本实用新型的仿真装置，极大地简化了波浪补偿实验所需的环境，对波浪补偿控制策略进行研究和验证，为实际作业中的波浪补偿系统的研发打下基础，减少研发过程中不必要的支出。

附图说明

图1是本实用新型实施例的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

如图1所示，一种基于六自由度运动控制的海上波浪补偿仿真装置，包括底座台11、航姿参考系统12、船舶运动模拟平台、补偿系统模拟平台和主控计算机4。底座台11为圆形的台面，底部设置有万向轮。

船舶运动模拟平台用于模拟船舶在海上航行时波浪导致船舶无规则运动，包括波浪仿真台21、六个第一推动机构22、六个第一伺服驱动器23以及第一控制板24。波浪仿真台21通过六个第一推动机构22安装在底座台11上。六个第一伺服驱动器23和第一控制板24均设置在底座台11上。第一推动机构22的一端为固定端，另一端为伸缩端。第一推动机构22的固定端与底座台11活动连接。第一推动机构22的伸缩端与波浪仿真台21活动连接。波浪仿真台21为圆形台面。第一推动机构22和底座台11连接于底座台11的边缘，第一推动机构22和波浪仿真台21连接于波浪仿真台21的边缘，由此使得六个第一推动机构22设于底座台11和波浪仿真台21的边缘。相邻两个第一推动机构22和底座台11或波浪仿真台21组成三角结构。具体来说，第一个第一推动机构22和第二个第一推动机构22和底座台11组成三角结构，第二个第一推动机构22和第三个第一推动机构22和波浪仿真台21组成三角结构，并依次布置。六个第一伺服驱动器23分别和六个第一推动机构22相对应，分别连接各自对应的第一推动机构22。六个第一伺服驱动器23和第一控制板24相连。第一控制板24和主控计算机4相连。由此，第一控制板24能够接收主控计算机4所发送的运动控制信号，根据主控计算机4所发送的运动控制信号计算各个第一推动机构22的伸缩量，然后将各个第一推动机构22的伸缩量发送至对应的第一伺服驱动器23，最后由第一伺服驱动器23驱动各自对应的第一推动机构22进行伸缩。当六个第一推动机构22各自进行伸缩运动时，使得波浪仿真台21进行波浪式运动，从而模拟出船舶在海上航行时波浪导致船舶无规则运动的效果。

补偿系统模拟平台包括补偿仿真台31、六个第二推动机构32、六个第二伺服驱动器33以及第二控制板34。补偿仿真台31通过六个第二推动机构32安装在波浪仿真台21上。六个第二伺服驱动器33和第二控制板34均设置在波浪仿真台21上。第二推动机构32的结构和前述第一推动机构32的结构相同，也就是，第二推动机构32的一端为固定端，另一端为伸缩端。第二推动机构32的固定端与波浪仿真台21活动连接。第二推动机构32的伸缩端与补偿仿真台31活动连接。补偿仿真台31为圆形台面。第二推动机构32和波浪仿真台21连接于波浪仿真台21的边缘，第二推动机构32和补偿仿真台31连接于补偿仿真台31的边缘，由此使得六个第二推动机构32设于波浪仿真台21和补偿仿真台31的边缘。相邻两个第二推动机构32和波浪仿真台21或补偿仿真台31组成三角结构。具体来说，第一个第二推动机构32和第二个第二推动机构32和波浪仿真台21组成三角结构，第二个第二推动机构32和第三个第二推动机构32和补偿仿真台31组成三角结构，并依次布置。六个第二伺服驱动器33分别和六个第二推动机构32相对应，分别连接各自对应的第二推动机构32。六个第二伺服驱动器33和第二控制板34相连。第二控制板34和主控计算机4相连。由此，第二控制板34能够接收主控计算机4所发送的运动控制信号，根据主控计算机所发送的运动控制信号计算各个第二推动机构32的伸缩量，然后将各个第二推动机构32的伸缩量发送至对应的第二伺服驱动器33，最后由第二伺服驱动器33驱动各自对应的第二推动机构32进行伸缩。当六个第二推动机构32各自进行伸缩运动时，使得补偿仿真台31进行波浪式运动。波浪仿真台21模拟船舶在海上航行时波浪导致船舶无规则运动时，而六个第二推动机构32的伸缩运动和前述六个第一推动机构22能够进行相互补偿时，补偿仿真台31能够保持平稳。

航姿参考系统12设于补偿仿真台31中心，用于检测补偿仿真台31运动时的姿态角和线加速度，连接主控计算机4。本实施例中，航姿参考系统12由六轴陀螺仪和三轴加速度传感器组成的器件。

本实施例中主控计算机4通过串口连接航姿参考系统12、第一控制板24和第二控制板34，具体来说，采用RS232接口。

本实施例进行波浪补偿仿真的方法如下：

首先，主控计算机4生成用于模拟船舶在海上航行时波浪导致船舶无规则运动的运动控制信号，然后将运动控制信号通过串口传送至第一控制板24,并指令第一控制板24根据运动控制信号进行船舶在波浪中的模拟。

第一控制板24接收到控制信号后，根据主控计算机4所发送的运动控制信号计算各个第一推动机构22的伸缩量，然后将各个第一推动机构22的伸缩量发送至对应的第一伺服驱动器23，最后由第一伺服驱动器23驱动各自对应的第一推动机构22进行伸缩，从而使得波浪仿真台21进行波浪式运动，从而模拟出船舶在海上航行时波浪导致船舶无规则运动的效果。此时，由于波浪仿真台21和补偿仿真台31之间的连接的固定性，使得补偿仿真台31同步和波浪仿真台21进行波浪式运动。补偿仿真台31波浪式运动带动航姿参考系统12进行相应的波浪式运动。

航姿参考系统12采集补偿仿真台31运动时产生的姿态角和线加速度等运动数据，通过串口传送至主控计算机4。

主控计算机4根据航姿参考系统12所发送的运动数据，计算出补偿运动控制信号，通过串口发送至第二控制板34。

第二控制板34接收到补偿运动控制信号后，根据主控计算机4所发送的补偿运动控制信号计算各个第二推动机构32的伸缩量，然后将各个第二推动机构32的伸缩量发送至对应的第二伺服驱动器33，最后由第二伺服驱动器33驱动各自对应的第二推动机构32进行伸缩，从而使得补偿仿真台31能够保持平稳。

Claims (6)

1.一种基于六自由度运动控制的海上波浪补偿仿真装置，其特征在于，包括底座台(11)、航姿参考系统(12)、波浪仿真台(21)和补偿仿真台(31)；波浪仿真台(21)通过六个第一推动机构(22)安装在底座台(11)上；补偿仿真台(31)通过六个第二推动机构(32)安装在波浪仿真台(21)上；第一推动机构(22)和第二推动机构(32)一端为固定端，另一端为伸缩端；第一推动机构(22)的两端分别和底座台(11)、波浪仿真台(21)活动连接，使得第一推动机构(22)的伸缩端伸缩时，波浪仿真台(21)能够进行波浪式运动；第二推动机构(32)的两端分别和波浪仿真台(21)、补偿仿真台(31)连接，使得第二推动机构(32)的伸缩端伸缩时，补偿仿真台(31)能够进行波浪式运动；航姿参考系统(12)设于补偿仿真台(31)中心，用于检测补偿仿真台(31)运动时的姿态角和线加速度。

2.如权利要求1所述的基于六自由度运动控制的海上波浪补偿仿真装置，其特征在于，还包括六个第一伺服驱动器(23)和六个第二伺服驱动器(33)；六个第一伺服驱动器(23)设置在底座台(11)上，分别连接六个第一推动机构(22)；六个第二伺服驱动器(33)设置在波浪仿真台(21)上，分别连接六个第二推动机构(32)。

3.如权利要求2所述的基于六自由度运动控制的海上波浪补偿仿真装置，其特征在于，还包括第一控制板(24)和第二控制板(34)；第一控制板(24)设置在底座台(11)上，连接第一伺服驱动器(23)；第二控制板(34)设置在波浪仿真台(21)上，连接第二伺服驱动器(33)。

4.如权利要求3所述的基于六自由度运动控制的海上波浪补偿仿真装置，其特征在于，第一控制板(24)和第二控制板(34)用于接收主控计算机所发送的运动控制信号，根据主控计算机所发送的运动控制信号计算各个推动机构的伸缩量，然后将各个推动机构的伸缩量发送至对应的第一伺服驱动器(23)和第二伺服驱动器(33)。

5.如权利要求3所述的基于六自由度运动控制的海上波浪补偿仿真装置，其特征在于，还包括主控计算机(4)；主控计算机(4)连接第一控制板(24)、第二控制板(34)和航姿参考系统(12)。

6.如权利要求1所述的基于六自由度运动控制的海上波浪补偿仿真装置，其特征在于，六个第一推动机构(22)设于底座台(11)和波浪仿真台(21)的边缘，相邻两个第一推动机构(22)和底座台(11)或波浪仿真台(21)组成三角结构；六个第二推动机构(32)设于波浪仿真台(21)和补偿仿真台(31)的边缘，相邻两个第二推动机构(32)和波浪仿真台(21)和补偿仿真台(31)组成三角结构。