能源供应型海洋平台转动惯量驱动控制系统技术方案

本发明专利技术涉及系统中振动的抑制领域，具体而言，涉及一种能源供应型海洋平台转动惯量驱动控制系统，一种能源供应型海洋平台转动惯量驱动控制系统，其包括环形固定板、主动控制模块、风力发电模块以及太阳能发电模块；本发明专利技术可以根据实时监测海洋平台结构运动状态，在有需要时主动控制模块产生作用力，作用在结构上控制力矩，实现振动控制的目的，在结构正常工作时，本发明专利技术可以作为能源供应装置，通过风力和太阳能发电储存，供有需要时的控制装置使用和海洋平台其他用电设备的使用。

【技术实现步骤摘要】
能源供应型海洋平台转动惯量驱动控制系统
本专利技术涉及系统中振动的抑制领域，具体而言，涉及一种能源供应型海洋平台转动惯量驱动控制系统。
技术介绍
随着我国实施“海洋强国”战略，大型海洋装备如海洋平台、重型船舶等数量不断增多，海洋平台结构技术也发展迅速。海洋平台是为钻井、采油、集运、观测、导航、施工等活动提供生产和生活设施的构筑物，其安全稳定性是最重要的一项设计指标。此外，海洋平台在使用过程中往往会由于外部荷载的作用产生振动，严重的产生摇摆，甚至破坏。为了解决由结构物振动引起的各种问题，振动控制技术应运而生。结构振动控制技术主要分为以下四个方面：主动控制、被动控制、半主动控制以及混合控制。对于各种工程结构，恰当地安装振动控制装置能够有效地减轻结构的动力响应，减轻结构的破坏或者疲劳损伤。然而，结构的运动通常由平动以及扭转摆动组合而成。研究表明由于平动调谐质量阻尼器、主动质量阻尼器/主动扭矩输出装置(英文名ActiveMassDamper/Driver，AMD)控制装置在扭转摆动中需要提供向心力而大大减弱控制效果甚至完全失去作用，对回转摆振控制几乎无效。然而具有回转摆振运动特性的结构运动形式极为常见，如：海洋平台在海浪、风、冰等耦合作用下的扭转摆振等；悬吊结构的摆动；不规则建筑在风荷载作用下的扭转摆振；宇宙飞船、空间结构在运行过程中，由于自身姿势调整以及太阳能帆板打开引起的扭转摆振运动；高速铁路机车，由于微小激励引起的车身的扭转摆振运动等。因此需要一种特殊的控制装置，使其可以自动克服(或摆脱)重力场对控制装置自身的影响(离心力作用)，或者使控制装置自身的工作/运动规律与重力场解耦，系统自振不受重力影响，从而发挥控制装置有效控制作用。目前，最为常见的海洋平台振动控制技术是隔震技术，即在海洋平台结构中合理设计隔震层，从而减小海洋平台上部结构的响应。但是隔震技术控制效果有限，尤其是针对回转摆振的运动形式控制效果不明显。其次是利用液体调频阻尼器等等措施，但依然存在控制效果不明显、针对回转摆振运动形式失效、安装设计复杂等诸多问题。另外，主动控制装置在现有技术中可以发挥出更好的控制效果，但是在海洋平台这种复杂的环境中，能源供应是致命的问题，导致常见的主动控制装置无法在海洋平台结构中使用。总之，现有的海洋平台结构振动控制装置具有不可或缺的作用，但是主要表现出以下几方面的不足：第一，现有的海洋平台隔震技术控制效果有限，且设计复杂；第二，传统的TMD、TLD、AMD等控制装置只能控制海洋平台结构的平动运动而对回转摆振控制几乎无效；第三，被动转动惯量调谐阻尼器对回转摆振运动控制有效，但是其需要针对结构自身进行复杂的调频，对某些复杂结构控制效率较低，效果不佳，存在鲁棒性低，可控性低，适用范围小等缺点；第四，传统的主动控制装置虽然可以控制回转摆振，但是控制效率极低，无法满足使用要求，并且主动控制装置在海洋平台这种复杂的工作环境中无法保证能源供应，本专利技术就是在这样的背景下产生的。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种能源供应型海洋平台转动惯量驱动控制系统，以解决现有技术中传统的TMD/TLD/AMD对回转摆振运动控制效率低、效果较差甚至失效；被动调谐转动惯量阻尼器控制适用鲁棒性低、调频技术复杂、适用范围小；传统的主动控制装置，能源供应无法保证的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用以下的技术方案：一种能源供应型海洋平台转动惯量驱动控制系统，其包括环形固定板、主动控制模块、风力发电模块以及太阳能发电模块；环形固定板内测带有安装板，环形固定板通过安装板固定在被控海洋平台外围，环形固定板上带有导轨，主动控制模块与导轨配合移动；主动控制模块包括驱动器、变速器、固定基座、转轴、转轮以及电磁滑脚；固定基座下端连接有电磁滑脚，电磁滑脚形状与导轨相适应；固定基座上固定有驱动器，驱动器前端安装变速器，变速器通过输出转轴与转轮连接；风力发电模块包括发电机、连接轴、离合片Ⅰ以及离合片Ⅱ，风力发电模块安装在变速器以及转轮之间，发电机固定在固定基座上，发电机与变速器相对的一侧安装有伸缩气缸，伸缩气缸的伸缩端安装有离合片Ⅱ，发电机的另一侧通过连接轴与转轮连接，变速器的输出转轴端部安装有离合片Ⅰ，通过伸缩气缸的伸缩，实现离合片的开合；太阳能发电模块包括支架以及太阳能电池板，太阳能电池板通过支架固定在固定基座上，支架包括四个支柱，支柱固定在太阳能电池板的四个角上，前端两个支柱与太阳能电池板铰接，后面两个支柱底部安装有伸缩气缸。进一步的，导轨内部设置有高强永磁铁和线圈，电磁滑脚内设有线圈，利用线性电机的基本原理与导轨配合，实现在导轨内移动。进一步的，驱动器为伺服电机或者步进电机。进一步的，所述转轮的转动平面与固定基座的安装平面垂直，转轴与转轮垂直连接。进一步的，变速器为减速器。进一步的，驱动器末端安装有编码器，编码器与驱动器、变速器同轴安装，被控海洋平台上安装有传感器。进一步的，还包括控制器，控制器与编码器、传感器以及驱动器线路连接，接收编码器以及传感器的信号，并传递控制信号给驱动器，控制驱动器对转轮的驱动方向以及转速。本专利技术具有以下有益效果：该能源供应型海洋平台转动惯量驱动控制系统可以实现全方位摆动的控制，主动控制装置可以360度移动，控制任意方位的摆动，且结构稳定，更加适应海洋等工况较差的环境；本专利技术所涉及的主动控制装置具有更大的鲁棒性，且控制效果更明显，控制效果不会因结构形式改变以及外部荷载作用的改变而受到较大影响，最大限度地保证了海洋平台结构的安全稳定；该系统利用双重能源供应保障机制，设置风力发电和太阳能发电，储存的能量对系统自身和海洋平台其他用电设备提供了能源保障，适用于复杂的海洋环境。附图说明图1是本专利技术使用状态立体图；图2本专利技术结构示意图；图3是本专利技术使用状态正视图；图4是环形固定板结构示意图；图5主动控制模块、风力发电模块、太阳能发电模块结构立体图；图6是主动控制模块、风力发电模块、太阳能发电模块结构前视图；图7是驱动器与发动机连接示意图；其中，上述附图包括以下附图标记：1、环形固定板；11、安装板；12、导轨；2、被控海洋平台；3、主动控制模块；31、驱动器；32、固定基座；33、转轴；34、转轮；35、电磁滑脚；4、风力发电模块；41、发电机；42、连接轴；43、离合片Ⅰ；44、离合片Ⅱ；5、太阳能发电模块；51、支架；52、太阳能电池板；6、编码器。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。实施例1海洋平台因为安装位置的特点，受到海浪以及海风的冲击作用会产生振动响应，振动响应大致可以简化为以下两种力学模型的振动：扭转和摆振，且因为海洋平台的安装位置远离大陆，因此供电也会有所限制，针对这两种形式的振动响应以及供电限制，本专利技术提出了能源供应型海洋平台转动惯量驱动控制系统。如图1-7所示，本专利技术所述的能源供应型海洋平台转动惯量驱动控制系统，其包括环形固定板1、主动控制模块3、风力发电模块4以及太阳能发电模块5；环形固定板、主动控制模块、风力发电模块以及太阳能发电模块所组成的整体在此定义为一个总成；环形固定板内测带有安装板11，环形固定板通过安装板固定在被控海洋平台外围，环形固定板上带有导轨12，主动控制模块与导轨配合移动；本实施例所述的能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能源供应型海洋平台转动惯量驱动控制系统，其特征在于，包括环形固定板(1)、主动控制模块(3)、风力发电模块(4)以及太阳能发电模块(5)；环形固定板(1)内测带有安装板(11)，环形固定板(1)通过安装板(11)固定在被控海洋平台(2)外围，环形固定板(1)上带有导轨(12)，主动控制模块(3)与导轨(12)配合移动；主动控制模块(3)包括驱动器(31)、变速器、固定基座(32)、转轴(33)、转轮(34)以及电磁滑脚(35)；固定基座(32)下端连接有电磁滑脚(35)，电磁滑脚(35)形状与导轨(12)相适应；固定基座(32)上固定有驱动器(31)，驱动器(31)前端安装变速器，变速器通过输出转轴(33)与转轮(34)连接；风力发电模块(4)包括发电机(41)、连接轴(42)、离合片Ⅰ(43)以及离合片Ⅱ(44)，风力发电模块(4)安装在变速器以及转轮(34)之间，发电机(41)固定在固定基座(32)上，发电机(41)与变速器相对的一侧安装有伸缩气缸，伸缩气缸的伸缩端安装有离合片Ⅱ(44)，发电机(41)的另一侧通过连接轴(42)与转轮(34)连接，变速器的输出转轴(33)端部安装有离合片Ⅰ(43)，通过伸缩气缸的伸缩，实现离合片的开合；太阳能发电模块(5)包括支架(51)以及太阳能电池板(52)，太阳能电池板(52)通过支架(51)固定在固定基座(32)上，支架(51)包括四个支柱，支柱固定在太阳能电池板(52)的四个角上，前端两个支柱与太阳能电池板(52)铰接，后面两个支柱底部安装有伸缩气缸。...

【技术特征摘要】
1.一种能源供应型海洋平台转动惯量驱动控制系统，其特征在于，包括环形固定板(1)、主动控制模块(3)、风力发电模块(4)以及太阳能发电模块(5)；环形固定板(1)内测带有安装板(11)，环形固定板(1)通过安装板(11)固定在被控海洋平台(2)外围，环形固定板(1)上带有导轨(12)，主动控制模块(3)与导轨(12)配合移动；主动控制模块(3)包括驱动器(31)、变速器、固定基座(32)、转轴(33)、转轮(34)以及电磁滑脚(35)；固定基座(32)下端连接有电磁滑脚(35)，电磁滑脚(35)形状与导轨(12)相适应；固定基座(32)上固定有驱动器(31)，驱动器(31)前端安装变速器，变速器通过输出转轴(33)与转轮(34)连接；风力发电模块(4)包括发电机(41)、连接轴(42)、离合片Ⅰ(43)以及离合片Ⅱ(44)，风力发电模块(4)安装在变速器以及转轮(34)之间，发电机(41)固定在固定基座(32)上，发电机(41)与变速器相对的一侧安装有伸缩气缸，伸缩气缸的伸缩端安装有离合片Ⅱ(44)，发电机(41)的另一侧通过连接轴(42)与转轮(34)连接，变速器的输出转轴(33)端部安装有离合片Ⅰ(43)，通过伸缩气缸的伸缩，实现离合片的开合；太阳能发电模块(5)包括支架(51)以及太阳能电池板(52)，太阳能电池板(52)通过支架(51)固定在固定基座(32)上，支架(51)包括四个支...

【专利技术属性】
技术研发人员：张春巍，王昊，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37