【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电动绞车控制领域，特别是涉及一种电动绞车主动升沉补偿系统自抗扰控制方法及设备。
技术介绍
1、随着科技进步及近海资源逐渐枯竭，深海领域的能源开发已成为海洋能源开发的重点，绞车作为科考船重要的收放设备，为开展海洋资源调查研究提供强有力保障。而海上作业船体易受风浪流联合作用及雨雪等恶劣天气影响，会引起六个方向的自由度，且增加收放作业的危险性；其中，船舶安装动力定位系统，采用推力器抵抗环境力，以消除横荡、纵荡、艏摇等运动的影响，但升沉运动无法通过动力定位系统消除。
2、目前，升沉补偿系统主要有三种类型：被动升沉补偿(phc)、半主动升沉补偿(sahc)和主动升沉补偿(ahc)。其中，phc为开环系统，主要由蓄能器和液压缸组成，通过升沉运动带动气缸活塞上下滑动，进而释放压缩蓄能器中的空气实现升沉补偿，且可被添加至现有系统中，原理简单不需外部电源供电，但存在补偿精度低及滞后等问题。sahc在被动补偿的基础加上主动补偿，利用被动补偿油缸承担大负载，可通过主动补偿油缸的主动补偿性提高系统补偿效率能够减小储气罐体积及额外功率消耗，但存在控制死区、液压系统延时等缺陷，从而致使其控制精度和稳定性不足。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种电动绞车主动升沉补偿系统自抗扰控制方法及设备，能够有效提高水下吊装作业的精度与准确性，并具有抗干扰性能、位置跟踪能力、鲁棒性强以及补偿效率高的优点。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种电动
4、利用水下mru模块分别获取以缆绳和水下重物为整体的运动信号和波浪信号；卷筒配有自动排缆器，通过增量编码器及限位开关的反馈实现主动升沉补偿过程中的自适应排缆；电机与变频器连接，变频器与plc控制器连接；
5、在plc控制器中构建自抗扰控制器；所述自抗扰控制器包括：扩展状态观测器、跟踪微分器及非线性状态误差反馈控制律；自抗扰控制器用于对比并修正水下mru模块采集的运动信号和波浪信号、与卷筒连接编码器和增量编码器输出的反馈信号；所述自抗扰控制器位于位置环；
6、根据速度前馈的输出、自抗扰控制器的位置补偿和卷筒连接编码器的反馈信号，基于变频器内部pi控制器进行速度环的补偿；
7、根据速度环的输出和电流传感器的数据，基于变频器内部pi控制器进行电流环的补偿，得到电流环的输出；
8、根据电流环的输出确定电机的控制信号；并根据控制信号经行星齿轮减速器驱动卷筒收放缆绳实现升沉补偿。
9、可选地，所述扩展状态观测器通过状态观测将施加的被控输出外界扰动转为新状态变量，通过反馈创建且观测扩展状态。
10、可选地，所述扩展状态观测器具体包括以下公式：
11、
12、其中，zi(i＝1，2，3)为状态x1，x2及总扰动f(·)的观测估计值，βi(i＝1，2，3)为增益且可调；e＝z1-y为观测误差；b0为参数可调的补偿因子；fal(e，αi，δ)为非线性函数，αi、δ分别为可调参数，且0＜αi＜1，δ＞0。
13、可选地，所述跟踪微分器具体包括：
14、利用公式确定跟踪微分器的微分方程；
15、利用公式确定跟踪微分器的二阶离散形式；
16、其中，x(t)为二阶被控对象的状态信号；为其一阶微分；为其二阶微分；n(t)为外部未知扰动；f(·)为不确定被控对象的未知总扰动；m(t)为控制量不确定的增益系数；u(t)为被控对象输入；y(t)为被控对象输出，v0为跟踪微分器的输入信号；v1与v2分别为两个输出信号；v0为v1跟踪输入速度；v2为v1的微分信号，为输入速度v0的微分信号；e0为跟踪误差；fhan为推导的快速最优控制函数，参数d，d0，y，a1，a2，a分别用于简化方程的中间量，fhan完成对输入信号的快速跟踪；r为参数可调的快速因子；h为滤波因子；fsg()为fsg函数；sign()为sign函数。
17、可选地，在粒子群算法中引入混沌映射和动态权重，确定所述自抗扰控制器的控制参数。
18、可选地，在优化自抗扰控制器的控制器参数时，根据适应度函数值来评价混沌粒子群算法中粒子位置的优劣。
19、可选地，利用公式fit＝d1∫(η1(|e(t)|)+η2|u(t)|)dt+d2mp确定适应度函数值；其中，d1、d2、η1、η2为权重系数；mp为超调量；u(t)为控制输出量；e(t)为系统误差。
20、一种电动绞车主动升沉补偿系统自抗扰控制设备，包括：
21、水下信号获取模块，用于利用水下mru模块分别获取以缆绳和水下重物为整体的运动信号和波浪信号；卷筒配有自动排缆器，通过增量编码器及限位开关的反馈实现主动升沉补偿过程中的自适应排缆；电机与变频器连接，变频器与plc控制器连接；
22、自抗扰控制器构建模块，用于在plc控制器中构建自抗扰控制器；所述自抗扰控制器包括：扩展状态观测器、跟踪微分器及非线性状态误差反馈控制律；自抗扰控制器用于对比并修正水下mru模块采集的运动信号和波浪信号、与卷筒连接编码器和增量编码器输出的反馈信号；所述自抗扰控制器位于位置环；
23、速度环补偿模块，用于根据速度前馈的输出、自抗扰控制器的位置补偿和卷筒连接编码器的反馈信号，基于变频器内部pi控制器进行速度环的补偿；
24、电流环补偿模块，用于根据速度环的输出和电流传感器的数据，基于变频器内部pi控制器进行电流环的补偿，得到电流环的输出；
25、升沉补偿模块，用于根据电流环的输出确定电机的控制信号；并根据控制信号经行星齿轮减速器驱动卷筒收放缆绳实现升沉补偿。
26、根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
27、本专利技术所提供的一种电动绞车主动升沉补偿系统自抗扰控制方法及设备，将速度前馈和自抗扰控制器(adrc)位置环控制相结合，提高主动升沉补偿系统的位置补偿效率。其中，所述电机输出的控制信号直接描述电机的转矩和磁通状态；由速度前馈直接控制系统输出，位置环采用adrc以提高主动升沉补偿系统的抗干扰性能和位置跟踪能力。本专利技术通过船上与水下mru相结合实现电动绞车主动升沉补偿，以解决缆绳动态形变致使水下重物运动放大的问题，可有效提高水下吊装作业的精度与准确性，具有抗干扰性能、位置跟踪能力、鲁棒性强以及补偿效率高等优点。
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1.一种电动绞车主动升沉补偿系统自抗扰控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种电动绞车主动升沉补偿系统自抗扰控制方法，其特征在于，所述扩展状态观测器通过状态观测将施加的被控输出外界扰动转为新状态变量，通过反馈创建且观测扩展状态。
3.根据权利要求1所述的一种电动绞车主动升沉补偿系统自抗扰控制方法，其特征在于，所述扩展状态观测器具体包括以下公式：
4.根据权利要求1所述的一种电动绞车主动升沉补偿系统自抗扰控制方法，其特征在于，所述跟踪微分器具体包括：
5.根据权利要求1所述的一种电动绞车主动升沉补偿系统自抗扰控制方法，其特征在于，在粒子群算法中引入混沌映射和动态权重，确定所述自抗扰控制器的控制参数。
6.根据权利要求5所述的一种电动绞车主动升沉补偿系统自抗扰控制方法，其特征在于，在优化自抗扰控制器的控制器参数时，根据适应度函数值来评价混沌粒子群算法中粒子位置的优劣。
7.根据权利要求6所述的一种电动绞车主动升沉补偿系统自抗扰控制方法，其特征在于，利用公式Fit＝d1∫(η1(|e(t)|)+η
8.一种电动绞车主动升沉补偿系统自抗扰控制设备，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种电动绞车主动升沉补偿系统自抗扰控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种电动绞车主动升沉补偿系统自抗扰控制方法，其特征在于，所述扩展状态观测器通过状态观测将施加的被控输出外界扰动转为新状态变量，通过反馈创建且观测扩展状态。
3.根据权利要求1所述的一种电动绞车主动升沉补偿系统自抗扰控制方法，其特征在于，所述扩展状态观测器具体包括以下公式：
4.根据权利要求1所述的一种电动绞车主动升沉补偿系统自抗扰控制方法，其特征在于，所述跟踪微分器具体包括：
5.根据权利要求1所述的一种电动绞车主动升沉补偿系统自抗扰控制方法，其特征在于，在粒子群算...
【专利技术属性】
技术研发人员：李文华，林珊颖，徐畅，张如华，叶浩然，韩凤翚，周性坤，章平，许宏华，陈静怡，侯荆洋，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：
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