用于主动升沉补偿系统的联合仿真方法、设备及存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种用于主动升沉补偿系统的联合仿真方法、设备及存储介质，涉及海洋工程技术领域，所述方法包括：通过Adams构建机械执行系统并搭建Adams与Matlab之间的接口；通过AMESim构建液压驱动系统以模拟真实非线性液压驱动系统，并搭建AMESim与Matlab之间的接口；通过Matlab的Simulink模块构建控制系统，并搭建Matlab与Adams及AMESim之间的接口以构建联合仿真；联合仿真过程中，机械执行系统实时测量并反馈执行状态信息至控制系统，液压驱动系统实时监测并反馈液压状态信息至控制系统，控制系统根据执行状态信息及液压状态信息生成并反馈控制信号至机械执行系统及液压驱动系统。本发明专利技术可在考虑模型非线性、状态及控制约束的条件下，创建完善的机

【技术实现步骤摘要】
用于主动升沉补偿系统的联合仿真方法、设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及海洋工程
，尤其涉及一种用于主动升沉补偿系统的联合仿真方法、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]在实际海洋工程应用中，作业船舶不可避免地受到海流、潮汐、风浪等外部环境的联合作用，从而产生复杂的六自由度运动，即：横荡、纵荡、垂荡、艏摇、横摇、纵摇。然而，现有的作业船舶普遍配备的动力定位系统能够有效抑制其横荡、纵荡以及艏摇运动，却无法解决垂向升沉运动对诸如：海上物资补给转运、海洋油气开发、海底矿产勘探开采以及载人潜器布放回收等船舶海上作业造成的恶劣影响，极易导致起重机、A型架等设备的过载损坏、绞车钢缆的疲劳断裂以及转运物资与甲板间瞬间冲击或二次悬空等工程事故，造成巨大的经济损失和安全隐患。故需采用主动、被动或主被动式升沉补偿设备对负载与支持平台间的牵连运动进行解耦，以提高船舶复杂海况下的作业安全性、高效性和可靠性。
[0003]由于海试试验成本高、周期性长、保密性严格，国内外针对于主动升沉补偿控制算法的研究，普遍使用软件仿真分析的方法。其中，升沉补偿装置通常采用线性化传递函数或状态空间表达式进行描述，如此一定程度上忽略了升沉补偿系统的非线性与约束性，导致仿真结果偏离实际系统，可靠性降低。
[0004]因此，有必要建立一种用于主动升沉补偿系统的联合仿真方法，可用于物资转运、载人潜器布放回收等海上作业过程的真实模拟，进而分析并优化主动升沉补偿系统的控制算法、参数配置和反馈策略，为系统工程师和研究人员设计、分析并改进主动升沉补偿系统的性能和功能提供高效的研究手段。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种用于主动升沉补偿系统的联合仿真方法、设备及存储介质，可在考虑模型非线性、状态及控制约束的条件下，创建更为贴近工程实际的机
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电
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液研究体系，获取更加准确、可信的仿真分析结果。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种用于主动升沉补偿系统的联合仿真方法，包括：通过Adams构建主动升沉补偿系统的机械执行系统，以模拟复杂海况下负载升沉补偿的动力学过程，并通过所述Adams搭建所述Adams与Matlab之间的接口；通过AMESim构建主动升沉补偿系统的液压驱动系统，以模拟真实非线性液压驱动系统在不同工况下的动态响应、液压流量以及压力变化，并通过所述AMESim搭建所述AMESim与Matlab之间的接口；通过Matlab的Simulink模块构建主动升沉补偿系统的控制系统，通过所述Matlab搭建所述Matlab与Adams及AMESim之间的接口，并构建所述Matlab与Adams及AMESim之间的联合仿真；联合仿真过程中，所述机械执行系统实时测量并反馈执行状态信息至所述控制系统，所述液压驱动系统实时监测并反馈液压状态信息至所述所述控制系统，所述控制系统根据所述执行状态信息及液压状态信息生成控制信号，并将所述控制信号反馈至所述机械执行系
统及液压驱动系统。
[0007]作为上述方案的改进，所述通过所述Adams搭建所述Adams与Matlab之间的接口的步骤包括：在Adams中设置机械执行系统的输入信号及输出信号，并将输出目标软件设置为Matlab，以在工作目录中生成包含所述机械执行系统参数的代码文件及代表所述机械执行系统的机械系统文件。
[0008]作为上述方案的改进，所述通过所述AMESim搭建所述AMESim与Matlab之间的接口的步骤包括：在AMESim中生成接口模块，在所述接口模块中设置所述液压驱动系统的输入信号及输出信号；在AMESim中通过系统编译进入仿真模式，以在所述工作目录中生成代表所述液压驱动系统的液压系统文件；在AMESim工具目录下启动Matlab以关联AMESim路径，并将所述接口模块添加至Simulink Library Browser中。
[0009]作为上述方案的改进，所述通过所述Matlab搭建所述Matlab与Adams及AMESim之间的接口，并构建所述Matlab与Adams及AMESim之间的联合仿真的步骤包括：在Matlab中运行所述代码文件及NMPC控制器设置指令，以使所述机械执行系统参数与机械系统文件中的Simulink模块相关联，并使NMPC控制器与Simulink模块中的Nonlinear MPC模块相关联；在Matlab中将所述机械系统文件拷贝入仿真文件以搭建联合仿真系统模型，并将NMPC控制器名称输入Nonlinear MPC Controller模块，将所述液压系统文件导入AME2SLCoSim模块；在Matlab中连接系统线路并运行所述仿真文件，以构建Adams、AMESim及Matlab之间的联合仿真。
[0010]作为上述方案的改进，所述NMPC控制器构建的步骤包括：在MATLAB中根据所述机械执行系统及液压执行系统，建立所述控制系统的非线性预测理论模型；在MATLAB中将所述非线性预测理论模型编写为预测模型文件及输出文件；在MATLAB中运行NMPC控制器设置指令，并将所述预测模型文件及输出文件赋予新的NMPC控制器以设置所述NMPC控制器的参数。
[0011]作为上述方案的改进，所述通过Adams构建主动升沉补偿系统的机械执行系统的步骤包括：在作业船舶上设置运动副驱动，以模拟复杂海况下的不规则升沉运动；通过固定副将旋转绞车式折臂吊机与所述作业船舶连接，以使所述折臂吊机随所述作业船舶上下升沉；通过转动副、弹簧阻尼器将液压绞车与所述折臂吊机连接，以模拟真实船载液压绞车的转动过程；根据不同工况通过运动耦合副或绳缆单元将负载与所述液压绞车相连，并调整所述运动副的位移比例及所述液压绞车的滚筒尺寸，以模拟所述液压绞车通过正反转驱使负载上升、下放。
[0012]作为上述方案的改进，所述通过AMESim构建主动升沉补偿系统的液压驱动系统的步骤包括：构建高压恒压源，以向液压驱动系统提供压力；构建电液伺服阀及轴向柱塞缸的机构止动器，以模拟液压驱动系统的非线性特征及实际物理约束；通过位移传感器反馈阀芯机构的阀芯位移，以驱使所述电液伺服阀换向并调节输出负载流量；通过处理函数将所述轴向柱塞缸的活塞位移转换为斜盘倾角信号；根据所述斜盘倾角信号调节变量液压马达的排量，以在恒压条件下向液压绞车输出驱动力矩。
[0013]作为上述方案的改进，通过AMESim中的HCD库构建主动升沉补偿系统的液压驱动系统。
[0014]相应地，本专利技术还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储
有计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述主动升沉补偿系统的联合仿真方法的步骤。
[0015]相应地，本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述主动升沉补偿系统的联合仿真方法的步骤。
[0016]实施本专利技术，具有如下有益效果：
[0017]本专利技术将Adams、A本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于主动升沉补偿系统的联合仿真方法，其特征在于，包括：通过Adams构建主动升沉补偿系统的机械执行系统，以模拟复杂海况下负载升沉补偿的动力学过程，并通过所述Adams搭建所述Adams与Matlab之间的接口；通过AMESim构建主动升沉补偿系统的液压驱动系统，以模拟真实非线性液压驱动系统在不同工况下的动态响应、液压流量以及压力变化，并通过所述AMESim搭建所述AMESim与Matlab之间的接口；通过Matlab的Simulink模块构建主动升沉补偿系统的控制系统，通过所述Matlab搭建所述Matlab与Adams及AMESim之间的接口，并构建所述Matlab与Adams及AMESim之间的联合仿真；联合仿真过程中，所述机械执行系统实时测量并反馈执行状态信息至所述控制系统，所述液压驱动系统实时监测并反馈液压状态信息至所述所述控制系统，所述控制系统根据所述执行状态信息及液压状态信息生成控制信号，并将所述控制信号反馈至所述机械执行系统及液压驱动系统。2.如权利要求1所述的用于主动升沉补偿系统的联合仿真方法，其特征在于，所述通过所述Adams搭建所述Adams与Matlab之间的接口的步骤包括：在Adams中设置机械执行系统的输入信号及输出信号，并将输出目标软件设置为Matlab，以在工作目录中生成包含所述机械执行系统参数的代码文件及代表所述机械执行系统的机械系统文件。3.如权利要求2所述的用于主动升沉补偿系统的联合仿真方法，其特征在于，所述通过所述AMESim搭建所述AMESim与Matlab之间的接口的步骤包括：在AMESim中生成接口模块，在所述接口模块中设置所述液压驱动系统的输入信号及输出信号；在AMESim中通过系统编译进入仿真模式，以在所述工作目录中生成代表所述液压驱动系统的液压系统文件；在AMESim工具目录下启动Matlab以关联AMESim路径，并将所述接口模块添加至Simulink Library Browser中。4.如权利要求3所述的用于主动升沉补偿系统的联合仿真方法，其特征在于，所述通过所述Matlab搭建所述Matlab与Adams及AMESim之间的接口，并构建所述Matlab与Adams及AMESim之间的联合仿真的步骤包括：在Matlab中运行所述代码文件及NMPC控制器设置指令，以使所述机械执行系统参数与机械系统文件中的Simulink模块相关联，并使NMPC控制器与Simulink模块中的Nonlinear MPC模块相关联；在Matlab中将所述机械系统文...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢鹏，陈昇琳，廖佳华，苏焱，吴诗贤，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：