一种减张力同步控制和保护方法技术

本发明专利技术公开了一种减张力同步控制和保护方法，主要包括减张力系统、同步控制层、分系统控制层、被控对象层，减张力系统主要由前端减张力系统、后端绞车系统和中间的排缆机构构成，同步控制层包括同步控制单元，分系统控制层设置有前端减张力速度控制单元、排缆控制单元、后端张力控制单元分别控制被控对象层的减张力系统、排缆机构、后端绞车系统。本发明专利技术可以有效避免前端和后端绞车系统之间的钢缆张力急剧增加或减少，可以有效改善前端和后端绞车系统的工况、系统内载荷分配、钢缆的使用寿命和作业任务目标的完成；可以平稳实现收放作业目标、保护拖曳物和回收释放装置。

A synchronous control and protection method for tension reduction

【技术实现步骤摘要】
一种减张力同步控制和保护方法
本专利技术涉及控制系统的领域，具体涉及一种减张力同步控制和保护方法。
技术介绍
海洋工程机械在海洋科学考察、军事装备、海洋建设工程中有广泛的应用。各种载荷的回收和释放装置是海洋工程机械中最为主要的一种设备。在大型的海洋回收释放设备中，一般将系统设计为前端-后端配合的模式，前端装置承担主要的载荷力，后端装置则主要存放收放的钢缆、缆绳、链等连接拖曳物和收放系统的柔性物。在重载荷的海洋收放装置中，平稳实现收放作业目标、保护拖曳物和回收释放装置的安全是非常重要的、根本性的要求。在实现重载荷的回收释放装置控制功能的过程中，同步控制和张力分配是非常关键的技术问题。所谓同步控制，就是要求前端系统和后端系统必须按照预定的要求同步运转，如果前端装置和后端装置运转不一致，则可能导致连接前端和后端的钢缆松弛或承受超出设计范围的张力，直接后果是导致拖体的滑移、振荡或拖曳设备的损坏。为了实现同步控制，现有的控制策略为前端-后端速度跟随控制方案，即让前端或后端一个作为速度基准，另一个装置则采用控制算法跟随运动，这种控制策略实际效果不好，容易振荡。此外也有不同单位提出过力控制和速度控制配合的模式，在实际应用中取得了一定的效果。重载荷的回收释放装置另一个重要的控制要求是载荷的分配控制，控制目标是实现实际载荷的作用力分配到前后两个工作装置上，避免其中一个控制装置承受过大的力或力矩。实际海洋工程回收释放装置的工作速度、承载的力和力矩与机械、液压系统较多的非线性因素有关，尤其在低速运动、启动、停止、变速调整等工作模式下，系统摩擦力的变化对载荷力的分配、速度控制的稳定性均有重要影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种减张力同步控制和保护方法。本专利技术的目的是通过如下技术方案来完成的：这种减张力同步控制和保护方法，主要包括减张力系统、同步控制层、分系统控制层、被控对象层，减张力系统主要由前端减张力系统、后端绞车系统和中间的排缆机构构成，系统设计由同步控制层、分系统控制层、被控对象层构成分层的控制结构实现减张力系统的同步控制。所述的同步控制层包括同步控制单元，同步控制单元根据实际的同步控制要求，根据动态补偿的原则分解确定分系统控制层的控制目标，同步控制单元接收作业任务参数，自动获取被控系统反馈的前端和后端绞车运转速度、绞车驱动马达进口和出口压力，并输出前端减张力系统的设定速度、后端绞车系统的目标压差。所述的分系统控制层设置有前端减张力速度控制单元、排缆控制单元、后端张力控制单元，分别实现对减张力系统、排缆机构、后端绞车系统的控制，并在同步控制层的协调下独立自主运行，后端张力控制单元采集液压马达驱动器的进口和出口压力，并根据进出口压力差对进口压力或背压进行调节，维持压差稳定，并采用自适应压差控制策略，前端减张力速度控制单元根据实际测量的编码器值和机械传动系统的速度比计算减张力系统的运动速度，采用预测控制策略实现速度调节，排缆控制单元自动检查排缆机构自身的运动位置和后端绞车的旋转位置，采用自适应PID跟随控制策略实现排缆功能。所述的被控对象层主要包括减张力系统、排缆机构、后端绞车系统，减张力系统通过传感器测量减张力绞车的位置和马达进出口压差并反馈到前端减张力速度控制单元和同步控制单元，后端绞车系统通过传感器测量绞车马达进出口压力和绞车位置，并反馈到后端张力控制单元和同步控制单元，排缆机构通过传感器测量机构的左右极限位置和机构的横向位置，并反馈到排缆控制单元，排缆控制单元跟随后端张力控制单元运动。所述同步控制层的输入包括收放动作选择、收放速度选择、测量分系统中前端和后端绞车运转速度、绞车驱动马达进口和出口压力，同步控制层在分解子系统控制目标时采用两种提升控制性能的策略：1)对于输入目标速度的阶跃变化，基于最大加速度限制原则进行平滑，避免系统剧烈冲击和振荡；2)对于后端张力，在不直接测量钢缆张力的前提下，根据预先拟合的“速度-摩擦力”补偿曲线，结合实际的绞车速度和当前的计算张力，直接生成后端张力系统控制的进出口压差控制目标值。所述被控对象层主要包括液压驱动系统和绞车机械结构，实现向上层控制单元反馈状态信息的功能，在如下位置布置传感器：1)前端减张力系统在绞车中心轴布置编码器测量绞车的运动位置并通过差分计算的方法测量绞车的速度；2)在前端绞车驱动液压马达的进口和出口设置压力传感器检测绞车压差；3)在排缆机构中设置左右端极限位置传感器，同时配置编码器、直线位移传感器测量排缆机构的位置；4)在后端张力系统的绞车中心轴配置编码器，测量绞车的运动位置；5)在后端张力绞车驱动液压马达的进口和出口侧配置压力传感器测量进出口压力并通过计算得到压差值。本专利技术的有益效果为：本专利技术可以有效避免前端和后端绞车系统之间的钢缆张力急剧增加或减少，可以有效改善前端和后端绞车系统的工况、系统内载荷分配、钢缆的使用寿命和作业任务目标的完成；可以平稳实现收放作业目标、保护拖曳物和回收释放装置。附图说明图1为本专利技术的基本结构示意图。图2为本专利技术的后端张力的速度-摩擦力动态补偿示意图。图3为本专利技术的基于最大加速度限制的前端速度平滑示意图。图4为本专利技术的前端减张力速度控制示意图。图5为本专利技术的后端绞车的张力控制示意图。图6为本专利技术的排缆机构的自适应跟随控制示意图。附图标记说明：同步控制单元1、前端减张力速度控制单元2、排缆控制单元3、后端张力控制单元4、减张力系统5、排缆机构6、后端绞车系统7、计算张力-速度曲线8、实测张力-速度曲线9、张力差ΔT-速度曲线10、曲线A11、曲线B12、速度13、自适应预测控制器14、前端减张力系统15、编码器16、差分变换17、后端压差18、自适应控制器19、运算单元21、后端绞车位置22、机构换算系数23、自适应跟随控制器24、计算单元26、同步控制层27、分系统控制层28、被控对象层29。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术做详细的介绍：实施例：如附图所示，这种减张力同步控制和保护方法，主要包括减张力系统5、同步控制层27、分系统控制层28、被控对象层29，减张力系统5主要由前端减张力系统15、后端绞车系统7和中间的排缆机构6构成，(减张力系统5进行同步控制的目标是实现前端和后端的绞车同步运转，不存在显著的速度差；如果出现了较大的速度差，则前端和后端绞车系统7之间的钢缆张力将急剧增加或减少，钢缆张力的剧烈变化对于前端和后端绞车系统7的工况、系统内载荷分配、钢缆的使用寿命和作业任务目标都会有非常不利的影响，)系统设计由同步控制层27、分系统控制层28、被控对象层29构成分层的控制结构实现减张力系统5的同步控制，同步控制层27包括同步控制单元1，同步控制单元1根据实际的同步控制要求，根据动态补偿的原则分解确定分系统控制层28的控制目标，同步控制单元1接收作业任务参数(主要包括收/放动作选择、收放速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种减张力同步控制和保护方法，其特征在于：主要包括减张力系统(5)、同步控制层(27)、分系统控制层(28)、被控对象层(29)，减张力系统(5)主要由前端减张力系统(15)、后端绞车系统(7)和中间的排缆机构(6)构成，由同步控制层(27)、分系统控制层(28)、被控对象层(29)构成分层的控制结构实现减张力系统(5)的同步控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种减张力同步控制和保护方法，其特征在于：主要包括减张力系统(5)、同步控制层(27)、分系统控制层(28)、被控对象层(29)，减张力系统(5)主要由前端减张力系统(15)、后端绞车系统(7)和中间的排缆机构(6)构成，由同步控制层(27)、分系统控制层(28)、被控对象层(29)构成分层的控制结构实现减张力系统(5)的同步控制。


2.根据权利要求1所述的减张力同步控制和保护方法，其特征在于：所述的同步控制层(27)包括同步控制单元(1)，同步控制单元(1)根据实际的同步控制要求，根据动态补偿的原则分解确定分系统控制层(28)的控制目标，同步控制单元(1)接收作业任务参数，自动获取被控系统反馈的前端和后端绞车运转速度、绞车驱动马达进口和出口压力，并输出前端减张力系统(15)的设定速度、后端绞车系统(7)的目标压差。


3.根据权利要求1所述的减张力同步控制和保护方法，其特征在于：所述的分系统控制层(28)设置有前端减张力速度控制单元(2)、排缆控制单元(3)、后端张力控制单元(4)，分别实现对减张力系统(5)、排缆机构(6)、后端绞车系统(7)的控制，并在同步控制层(27)的协调下独立自主运行，后端张力控制单元(4)采集液压马达驱动器的进口和出口压力，并根据进出口压力差对进口压力或背压进行调节，维持压差稳定，并采用自适应压差控制策略，前端减张力速度控制单元(2)根据实际测量的编码器值和机械传动系统的速度比计算减张力系统(5)的运动速度，采用预测控制策略实现速度调节，排缆控制单元(3)自动检查排缆机构(6)自身的运动位置和后端绞车的旋转位置，采用自适应PID跟随控制策略实现排缆功能。


4.根据权利要求1所述的减张力同步控制和保护方法，其特征在于：所述的被控对象层(29)主要包括减张力系统(5)、排缆机构(6)、后端绞车系统(7)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱煌庆，张庆，徐泳，董朋鹏，林尚飞，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一五研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33