一种基于调频的自适应磁悬浮减摇装置及减摇控制方法制造方法及图纸

一种基于调频的自适应磁悬浮减摇装置，本申请自适应磁悬浮减摇装置安装在船体，所述船体的两侧支架内各安装有一对电磁铁定子，每对电磁铁定子上下对称设置，每对电磁铁定子之间有一个减摇质量块，上方电磁铁定子的下方和下方电磁铁定子的上方均设置有传感器，传感器对准减摇质量块，电磁铁定子的绕组通过连接线接功率放大器，功率放大器接控制器，控制器接收传感器反馈的位置信号，控制器为参考值自适应控制器。本发明专利技术采用参考值自适应控制，通过被控对象与参考值比较所得的自适应控制误差驱动自适应调节器，调节控制器参数，使系统误差减小，最终使被控对象的实际输出达到期望输出，从而实现减摇效果。

An adaptive maglev anti roll device based on frequency modulation and its anti roll control method

An adaptive magnetic levitation anti roll device based on frequency modulation is installed in the hull. A pair of electromagnet stator is installed in both sides of the hull of the hull. Each pair of electromagnet stator is symmetrical on the stator, and there is a rolling mass block between the stator of each electromagnet and the stator of the electromagnet above each pair. A sensor is set above the stator of the electromagnet below and below. The sensor is aimed at the anti rolling mass. The winding of the stator of the electromagnet is connected to the power amplifier through the connection line, the power amplifier connects the controller, the controller receives the position signal feedback from the sensor, and the controller is the reference value adaptive controller. The invention adopts adaptive control of reference value, and adjuster the adaptive controller through the adaptive control error of the controlled object and the reference value, adjust the parameter of the controller, reduce the error of the system, and finally make the actual output of the controlled object reach the desired output, so as to achieve the effect of the roll reduction.

【技术实现步骤摘要】
一种基于调频的自适应磁悬浮减摇装置及减摇控制方法
本专利技术涉及减摇配套领域，特别是涉及一种基于调频的自适应磁悬浮减摇装置及减摇控制方法。
技术介绍
人们对船舶摇摆问题的研究始于18世纪中叶，自19世纪中叶开始，船舶从木帆船发展为机动船后，船舶横摇阻尼大大减小，横摇严重，就开始了船舶减摇的努力和斗争，前后共提出了350余种不同类型的减摇装置，其中用于了实践的达20几种。直到目前，保留下来的船舶减摇装置主要有舭龙骨、减摇水舱、减摇鳍、减摇陀螺、舵减摇、减摇重块等少数几种。目前船舶的减摇需求通过前面所述的几种减摇装置能够被满足，但随着船舶技术的发展，更多的新型船型被开发出来，以上这些传统的减摇装置就难以胜任很多新船型的减摇任务及安全性、适航性、耐波性要求。
技术实现思路
为了解决上述存在的问题，本专利技术提供一种基于调频的自适应磁悬浮减摇装置及减摇控制方法，由铁心和电磁线圈(定子)和惯性减摇质量块(转子)及其控制系统组成，其中定子部分固定在船舶上，转子即惯性减摇质量块在稳定状态时悬浮在上下定子之间。采用参考值自适应控制，通过被控对象与参考值比较所得的自适应控制误差驱动自适应调节器，调节控制器参数，使系统误差减小，最终使被控对象的实际输出达到期望输出，从而实现减摇效果，为达此目的，本专利技术提供一种基于调频的自适应磁悬浮减摇装置，包括控制器、功率放大器、传感器、减摇质量块和电磁铁定子，所述自适应磁悬浮减摇装置安装在船体，所述船体的两侧支架内各安装有一对电磁铁定子，每对电磁铁定子上下对称设置，每对电磁铁定子之间有一个减摇质量块，上方电磁铁定子的下方和下方电磁铁定子的上方均设置有传感器，所述传感器对准减摇质量块，所述电磁铁定子的绕组通过连接线接功率放大器，所述功率放大器接控制器，所述控制器接收传感器反馈的位置信号，所述控制器为参考值自适应控制器，所述控制器包括自适应控制调节器、调节控制器和反馈调节器，所述反馈调节器接收传感器信号后反馈给自适应控制调节器和调节控制器，所述自适应控制调节器根据参考值及反馈信号处理后反馈给反馈调节器，所述调节控制器根据反馈信号对调节控制器参数进行调整。本专利技术减摇装置的进一步改进，所述电磁铁定子通过垫片固定，所述垫片厚度分别为2mm或3mm或4mm。本专利技术基于调频的自适应磁悬浮减摇装置的减摇方法，当船体受到逆时针的扰动即逆时针横摇时，惯性减摇质量块由于惯性作用，将保持其空间位置不变，因此左右惯性减摇质量块相对定子部分的位置改变，对定子部分即船体产生顺时针力矩，同时，传感器检测到位置变化，将位置变化通过参考信号传送给控制器，从而改变定子电流，继而改变惯性减摇质量块的加速度，因惯性力而故：F＝-mω2x0sinωt；其中m为惯性减摇质量块质量，ω为扰动力频率，x0为惯性质量块初始位移。由上知当惯性减摇质量块的加速度改变时，惯性力也将改变，从而产生顺时针的力矩，减小船体横摇，使船体保持平衡；当船体受到顺时针的扰动即顺时针横摇时，惯性减摇质量块由于惯性作用，将保持其空间位置不变，因此左右惯性减摇质量块相对定子部分的位置改变，对定子部分即船体产生逆时针力矩，同时，传感器检测到位置变化，将位置变化通过参考信号传送给控制器，从而改变定子电流，继而改变惯性减摇质量块的加速度，因惯性力而故：F＝-mω2x0sinωt；由上知当惯性减摇质量块的加速度改变时，惯性力也将改变，从而产生逆时针的力矩，减小船舶横摇，使船舶保持平衡。本专利技术减摇方法的进一步改进，控制器控制过程中：首先通过被控对象即自适应磁悬浮减摇装置的输出yp和参考值ym比较，得到自适应控制误差em；然后用自适应控制误差em驱动自适应调节器，调节后的参数通过反馈调节器，改变调节控制器参数和调节控制器输出u，使系统误差减小；最后使被控对象的实际输出yp达到期望输出，其中海水频率为系统参考输入，即Ir，yp为被控对象输出，ym为参考模型输出，u为被控对象的控制输入，e为系统误差，em为自适应控制误差。本专利技术提供一种基于调频的自适应磁悬浮减摇装置及减摇控制方法，当外界扰动力频率变化时，调节磁悬浮减摇装置结构参数或控制系统参数，如改变磁悬浮减摇装置定子线圈偏置电流或气息间隙大小和通过自适应控制算法，使磁悬浮减摇质量块的固有频率与外界扰动力频率始终相等或相近，从而达到好的减摇效果。本专利技术磁悬浮减摇方法应用在船舶上时，只要使得磁悬浮减摇质量块与海浪频率相同或相近，在任何航速下即零航速、低航速和高航速下都会具有良好减摇效果。附图说明图1是本专利技术组成图；图2是本专利技术工作示意图；图3是本专利技术控制系统结构框图；图中的构件为：1、传感器；2、减摇质量块；3、电磁铁定子；4、船体。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述：本专利技术提供一种基于调频的自适应磁悬浮减摇装置及减摇控制方法，由铁心和电磁线圈(定子)和惯性减摇质量块(转子)及其控制系统组成，其中定子部分固定在船舶上，转子即惯性减摇质量块在稳定状态时悬浮在上下定子之间。采用参考值自适应控制，通过被控对象与参考值比较所得的自适应控制误差驱动自适应调节器，调节控制器参数，使系统误差减小，最终使被控对象的实际输出达到期望输出，从而实现减摇效果。作为本专利技术一种实施例，本专利技术提供一种基于调频的自适应磁悬浮减摇装置，包括控制器、功率放大器、传感器1、减摇质量块2和电磁铁定子3，所述自适应磁悬浮减摇装置安装在船体4，所述船体4的两侧支架内各安装有一对电磁铁定子3，每对电磁铁定子3上下对称设置，每对电磁铁定子3之间有一个减摇质量块2，上方电磁铁定子3的下方和下方电磁铁定子3的上方均设置有传感器1，所述传感器1对准减摇质量块2，所述电磁铁定子3的绕组通过连接线接功率放大器，所述功率放大器接控制器，所述控制器接收传感器1反馈的参考信号，所述控制器为参考值自适应控制器，所述控制器包括自适应控制调节器、调节控制器和反馈调节器，所述反馈调节器接收传感器1信号后反馈给自适应控制调节器和调节控制器，所述自适应控制调节器根据参考值及反馈信号处理后反馈给反馈调节器，所述调节控制器根据反馈信号对调节控制器参数进行调整。本专利技术提供组成图如图1所示，工作示意图如图2所示，控制系统结构框图如图3所示。所述磁悬浮减摇装置定子3由铁心和电磁线圈(定子)组成，其分为上下两部分，分别固定在船体4上，传感器1固定在定子3的中间部位。惯性减摇质量块2在正常工作时，悬浮在上下定子之间。假设船舶受到逆时针的扰动即逆时针横摇时，如图2所示，惯性减摇质量块2由于惯性作用，将保持其空间位置不变，因此左右惯性减摇质量块相对定子3部分的位置改变，对定子部分即船体产生顺时针力矩，同时，传感器1检测到横摇角度，将横摇角度通过参考信号传送给控制器，从而改变定子3的电磁线圈电流，继而改变惯性减摇质量块2的加速度，因惯性力而故F＝-mω2x0sinωt由上知当惯性减摇质量块2的加速度改变时，惯性力也将改变，从而产生顺时针的力矩，减小船舶横摇，使船舶保持平衡。反之亦然(假设船舶受到顺时针的扰动，将产生逆时针力矩，使船舶保持平衡)。本专利技术基于调频的自适应磁悬浮减摇装置，因磁悬浮减摇质量块的位移刚度系数：当改变磁悬浮减摇装置定子3的线圈匝数、磁极面积大小、偏置电流大小，或者改变磁悬本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于调频的自适应磁悬浮减摇装置，包括控制器、功率放大器、传感器(1)、减摇质量块(2)和电磁铁定子(3)，所述自适应磁悬浮减摇装置安装在船体(4)，其特征在于：所述船体(4)的两侧支架内各安装有一对电磁铁定子(3)，每对电磁铁定子(3)上下对称设置，每对电磁铁定子(3)之间有一个减摇质量块(2)，上方电磁铁定子(3)的下方和下方电磁铁定子(3)的上方均设置有传感器(1)，所述传感器(1)对准减摇质量块(2)，所述电磁铁定子(3)的绕组通过连接线接功率放大器，所述功率放大器接控制器，所述控制器接收传感器(1)反馈的位置信号，所述控制器为参考值自适应控制器，所述控制器包括自适应控制调节器、调节控制器和反馈调节器，所述反馈调节器接收传感器(1)信号后反馈给自适应控制调节器和调节控制器，所述自适应控制调节器根据参考值及反馈信号处理后反馈给反馈调节器，所述调节控制器根据反馈信号对调节控制器参数进行调整。

【技术特征摘要】
1.一种基于调频的自适应磁悬浮减摇装置，包括控制器、功率放大器、传感器(1)、减摇质量块(2)和电磁铁定子(3)，所述自适应磁悬浮减摇装置安装在船体(4)，其特征在于：所述船体(4)的两侧支架内各安装有一对电磁铁定子(3)，每对电磁铁定子(3)上下对称设置，每对电磁铁定子(3)之间有一个减摇质量块(2)，上方电磁铁定子(3)的下方和下方电磁铁定子(3)的上方均设置有传感器(1)，所述传感器(1)对准减摇质量块(2)，所述电磁铁定子(3)的绕组通过连接线接功率放大器，所述功率放大器接控制器，所述控制器接收传感器(1)反馈的位置信号，所述控制器为参考值自适应控制器，所述控制器包括自适应控制调节器、调节控制器和反馈调节器，所述反馈调节器接收传感器(1)信号后反馈给自适应控制调节器和调节控制器，所述自适应控制调节器根据参考值及反馈信号处理后反馈给反馈调节器，所述调节控制器根据反馈信号对调节控制器参数进行调整。2.根据权利要求1所述的一种基于调频的自适应磁悬浮减摇装置，其特征在于：所述电磁铁定子(3)通过垫片固定，所述垫片厚度分别为2mm或3mm或4mm。3.根据权利要求1或2所述的基于调频的自适应磁悬浮减摇装置的减摇方法，其特征在于：当船体(4)受到逆时针的扰动即逆时针横摇时，惯性减摇质量块由于惯性作用，将保持其空间位置不变，因此左右惯性减摇质量块相对定子部分的位置改变，对定子部分即船体产生顺时针力矩，同时，传感器检测到位置变化...

【专利技术属性】
技术研发人员：高素美，徐龙祥，
申请(专利权)人：金陵科技学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32