基于行星傳動(dòng)調(diào)速的波浪補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)與樣機(jī)研制

徐小軍 陳 循 胡永攀

國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，長沙，410073

0 引言

在進(jìn)行海上并靠補(bǔ)給吊裝作業(yè)時(shí)，海浪的起伏會(huì)造成沖擊和碰撞，給海上對(duì)駁吊裝的效率和安全性帶來不利影響。波浪補(bǔ)償是指針對(duì)因水面起伏引起作業(yè)裝備產(chǎn)生波動(dòng)而進(jìn)行的補(bǔ)償校正。波浪補(bǔ)償系統(tǒng)是波浪補(bǔ)償功能具體實(shí)現(xiàn)的裝備，它能使吊裝作業(yè)不受水面波浪起伏的影響，從而增強(qiáng)海上作業(yè)的安全性、高效性和可靠性。波浪補(bǔ)償系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)形式多種多樣，但按控制力的執(zhí)行方式可分為被動(dòng)式波浪補(bǔ)償系統(tǒng)和主動(dòng)式波浪補(bǔ)償系統(tǒng)兩種基本類型［1-2］。目前國內(nèi)已經(jīng)開發(fā)了幾種被動(dòng)式波浪補(bǔ)償系統(tǒng)并成功應(yīng)用于海上并靠補(bǔ)給作業(yè)。相對(duì)于主動(dòng)式波浪補(bǔ)償系統(tǒng)，被動(dòng)式波浪補(bǔ)償系統(tǒng)存在補(bǔ)償范圍受補(bǔ)償設(shè)備行程的限制，補(bǔ)償負(fù)載受儲(chǔ)能裝置壓力的限制，且需要配備額外體積龐大的輔助裝置等問題［3］。國內(nèi)針對(duì)主動(dòng)式波浪補(bǔ)償系統(tǒng)的研究主要處于實(shí)驗(yàn)和仿真階段［4］。

本文提出的“基于行星傳動(dòng)的主動(dòng)式波浪補(bǔ)償系統(tǒng)”采用一種全新的補(bǔ)償方式，利用行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的調(diào)速特性，將波浪補(bǔ)償功能集成于吊裝起重機(jī)上，將所有機(jī)械系統(tǒng)整合于一臺(tái)行星傳動(dòng)調(diào)速器上，無需其他輔助裝置，采用基于前饋補(bǔ)償—反饋校正的波浪補(bǔ)償復(fù)合控制方法實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式波浪補(bǔ)償。

1 基于行星傳動(dòng)調(diào)速的波浪補(bǔ)償系統(tǒng)工作原理

基于行星傳動(dòng)調(diào)速的主動(dòng)式波浪補(bǔ)償系統(tǒng)由控制系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)等四個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，如圖1所示。

控制系統(tǒng)由硬件開發(fā)平臺(tái)和軟件系統(tǒng)構(gòu)成，根據(jù)補(bǔ)給裝置輸入量、船舶姿態(tài)運(yùn)動(dòng)量和反饋量，通過一定的控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)電液伺服系統(tǒng)的控制。

檢測(cè)系統(tǒng)由高性能傳感器及數(shù)據(jù)處理單元構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)船舶姿態(tài)運(yùn)動(dòng)、繩索張力以及重物位移、速度等信號(hào)的實(shí)時(shí)檢測(cè)。根據(jù)驅(qū)動(dòng)控制量的不同，液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分為主驅(qū)動(dòng)電液伺服系統(tǒng)和副驅(qū)動(dòng)電液伺服系統(tǒng)，分別輸入主控信號(hào)（即補(bǔ)給裝置輸入量）和補(bǔ)償信號(hào)。

圖1 基于行星傳動(dòng)調(diào)速的主動(dòng)式波浪補(bǔ)償系統(tǒng)

機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)則由行星傳動(dòng)調(diào)速卷揚(yáng)機(jī)、離合制動(dòng)器、繩索、滑輪組及起重架等組成，是實(shí)現(xiàn)物資補(bǔ)給的最終裝置。

波浪補(bǔ)償起重機(jī)需要實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)吊裝作業(yè)功能，因此必須補(bǔ)償由波浪引起的兩船相對(duì)速度，該補(bǔ)償速度的大小等于兩船因波浪起伏引起的相對(duì)速度。基于行星傳動(dòng)調(diào)速的波浪補(bǔ)償系統(tǒng)基本工作原理為：主驅(qū)動(dòng)端的控制與普通液壓起重機(jī)相同，副驅(qū)動(dòng)端（實(shí)現(xiàn)繩索始終張緊的波浪補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)端）用來實(shí)現(xiàn)波浪補(bǔ)償功能；當(dāng)兩側(cè)液壓馬達(dá)同向驅(qū)動(dòng)時(shí)卷揚(yáng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，當(dāng)兩側(cè)液壓馬達(dá)相互反向驅(qū)動(dòng)時(shí)卷揚(yáng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低；在正常工作狀態(tài)下使用主驅(qū)動(dòng)完成正常的升降工作，當(dāng)海浪波動(dòng)較大時(shí)，啟動(dòng)副驅(qū)動(dòng)便形成波浪補(bǔ)償系統(tǒng)，使得繩索始終處于張緊狀態(tài)。具體工作過程如下：

（1）檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到兩船舶姿態(tài)運(yùn)動(dòng)參數(shù)、起重繩索張力和重物運(yùn)動(dòng)參數(shù)，將數(shù)據(jù)傳遞給控制系統(tǒng)。

（2）控制系統(tǒng)根據(jù)補(bǔ)給速度參考信號(hào)、船舶姿態(tài)運(yùn)動(dòng)信號(hào)和反饋信號(hào)，經(jīng)控制器運(yùn)算后輸出各種控制信號(hào)，分別控制主副驅(qū)動(dòng)電液伺服系統(tǒng)。

（3）電液伺服系統(tǒng)根據(jù)控制信號(hào)決定比例閥的開口大小和方向，進(jìn)而決定液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)通過行星傳動(dòng)調(diào)速器完成補(bǔ)給速度vS和補(bǔ)償速度vC的合成運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)波浪補(bǔ)償功能。

（4）檢測(cè)系統(tǒng)不斷將檢測(cè)到的載荷以及船舶實(shí)際姿態(tài)運(yùn)動(dòng)參數(shù)、起重繩索張力等信息反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)誤差和誤差變化率的大小再計(jì)算出下一周期控制信號(hào)的大小，并將其傳遞給電液伺服系統(tǒng)，進(jìn)行下一周期的控制。

2 基于前饋補(bǔ)償—反饋校正的波浪補(bǔ)償復(fù)合控制策略

主動(dòng)式波浪補(bǔ)償控制系統(tǒng)的目的是保證重物在波浪起伏的海況下從補(bǔ)給船平穩(wěn)地吊裝到被補(bǔ)給船上。所謂平穩(wěn)，具體體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是重物的絕對(duì)速度不出現(xiàn)急劇變化，起重繩索張力波動(dòng)不大；二是重物起吊、著落時(shí)對(duì)甲板的沖擊盡可能小。根據(jù)控制目的及行星傳動(dòng)調(diào)速波浪補(bǔ)償系統(tǒng)的工作原理，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思路是：利用行星傳動(dòng)調(diào)速器進(jìn)行主控信號(hào)和補(bǔ)償信號(hào)的分開處理與復(fù)合控制，實(shí)現(xiàn)波浪補(bǔ)償；利用高性能DSP控制器實(shí)現(xiàn)控制算法和數(shù)據(jù)處理［5］。以船舶相對(duì)運(yùn)動(dòng)信號(hào)作為前饋補(bǔ)償信號(hào)，以重物相對(duì)被補(bǔ)給船的速度、位移和起重繩索繩張力信號(hào)作為反饋校正信號(hào)，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)前饋補(bǔ)償—反饋校正的復(fù)合控制。

圖2所示的控制結(jié)構(gòu)框圖表示波浪補(bǔ)償控制系統(tǒng)方案。其中，R（z）為補(bǔ)給船吊鉤的理想運(yùn)動(dòng)曲線；Gm1（z）為主驅(qū)動(dòng)部分（電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和差動(dòng)行星輪主傳動(dòng)部分）的傳遞函數(shù)；Gm2（z）為副驅(qū)動(dòng)部分（電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和差動(dòng)行星輪副傳動(dòng)部分）的傳遞函數(shù)；Gw（z）為卷揚(yáng)機(jī)的傳遞函數(shù)；Gs2（z）為卷揚(yáng)機(jī)到滑輪之間（繩索和滑輪）的傳遞函數(shù)；Gs1（z）為滑輪到重物之間（繩索和重物）的傳遞函數(shù)；L（z）為重物的狀態(tài)；C（z）為補(bǔ)給船和被補(bǔ)給船的相對(duì)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)；HPID（z）和 HVMP（z）為所要設(shè)計(jì)的控制器；T（z）為載荷產(chǎn)生的扭矩；M為載荷質(zhì)量。

2.1 反饋控制策略

圖3為反饋控制傳遞函數(shù)框圖。其中，Rv（z）為rv（t）的Z變換（余同），rv（t）為控制系統(tǒng)參考輸入量，為給定的補(bǔ)給速度，由其產(chǎn)生的閉環(huán)輸出響應(yīng)yv（t）為重物的實(shí)際補(bǔ)給速度；T為繩索張力；N（z）為張力變化值；控制器H的作用一是實(shí)現(xiàn)給定補(bǔ)給速度rv（t）的跟蹤控制，二是把繩索張力T作為一個(gè)反饋控制的輔助手段，從繩索張力T中剔除由于補(bǔ)給船加速度的變化導(dǎo)致的張力變化部分（設(shè)為Te），通過修正給定的補(bǔ)給速度rv（t），使得重物在下降過程中繩索張力T的變化幅度控制在一定的范圍內(nèi)，并且重物與甲板接觸時(shí)Te不發(fā)生急劇的下降，從而避免對(duì)被補(bǔ)給船形成沖擊。

圖2 控制結(jié)構(gòu)框圖

圖3 反饋控制子系統(tǒng)

反饋控制系統(tǒng)的閉環(huán)輸出傳遞函數(shù)為

2.2 前饋控制策略

主動(dòng)式波浪補(bǔ)償控制系統(tǒng)的目的是要補(bǔ)償由波浪造成的重物與被補(bǔ)給船之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，使重物按照給定的補(bǔ)給速度向被補(bǔ)給船甲板降落。要達(dá)到這個(gè)目的，必須獲得補(bǔ)給船和被補(bǔ)給船之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)c（t），由c（t）產(chǎn)生的系統(tǒng)輸出響應(yīng)為yc（t），系統(tǒng)的前饋控制框圖見圖4。

圖4 前饋控制子系統(tǒng)

由圖4所示的控制框圖可得前饋控制傳遞函數(shù)為

前饋控制的目的是使船舶姿態(tài)相對(duì)運(yùn)動(dòng)量c（t）所導(dǎo)致的系統(tǒng)輸出yv（t）為零，從而使得貨物能夠在反饋控制器的作用下不受波浪的干擾，相對(duì)被補(bǔ)給船勻速下落。也就是說，在前饋控制器的作用下，使得前饋傳遞函數(shù)Yv（z）／C（z）＝0。

3 波浪補(bǔ)償數(shù)學(xué)模型

3.1 液壓馬達(dá)

液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式為

式中，n為液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速；q為液壓系統(tǒng)的流量；Vm為液壓馬達(dá)的排量。

實(shí)際工程中，考慮液壓馬達(dá)確定后其排量Vm便唯一確定，得知液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速n為輸入流量q的一元函數(shù)關(guān)系式，可將式（3）改寫為

流量q由伺服閥的輸入電流和系統(tǒng)壓力決定，流量方程為

式中，I為伺服閥的輸入電流；pf為系統(tǒng)壓力，對(duì)特定的波浪補(bǔ)償系統(tǒng)，為保持液壓系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，通常設(shè)定為一具體恒定值；KQ、Kc分別為與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)。

式（5）實(shí)際為因變量q和自變量I的一元關(guān)系式，可改寫為

3.2 行星傳動(dòng)調(diào)速器

如圖5所示，圖中，a為太陽輪，b為內(nèi)齒圈，g為行星輪，H為行星架。假設(shè)行星傳動(dòng)調(diào)速器輸入轉(zhuǎn)速為na、nb，輸出轉(zhuǎn)速為nw，則理想輸入輸出關(guān)系為

式中，za、zb分別為太陽輪a與內(nèi)齒圈b的齒數(shù)；Rw為卷揚(yáng)機(jī)滾筒半徑；vw為輸出線速度，即繩索始端速度。

圖5 行星傳動(dòng)調(diào)速器差動(dòng)傳動(dòng)原理

3.3 波浪補(bǔ)償變量傳遞關(guān)系

由檢測(cè)系統(tǒng)可得到以下變量：繩索張力變動(dòng)量ΔT，被補(bǔ)給船與補(bǔ)給船之間的相對(duì)升沉運(yùn)動(dòng)速度變動(dòng)量Δυ，繩索末端重物升降速度變動(dòng)量Δvw。

按（ΔT，Δυ，Δvw）確定的三維向量考慮，則存在傳感器輸出信號(hào)量ξ，使得

式中，ξ為傳感器輸出信號(hào)量矩陣；Fξ為傳感器組的特征變換函數(shù)結(jié)構(gòu)矩陣。

已知檢測(cè)信號(hào)量（ΔT，Δυ，Δvw）、補(bǔ)償期望目標(biāo)值（υs，Ts）（即設(shè)定誤差），可由控制系統(tǒng)求解器得到確定的控制量矩陣 —— 向量值（I，q，n，…），寫成結(jié)構(gòu)關(guān)系式即為

式中，I為電液伺服系統(tǒng)的控制電流向量；FDSP為DSP特征變換函數(shù)結(jié)構(gòu)矩陣；υs為速度補(bǔ)償期望值；Ts為張力補(bǔ)償期望值。

因此，波浪補(bǔ)償系統(tǒng)在一次信號(hào)調(diào)制過程中的變量傳遞關(guān)系表現(xiàn)為以下過程：

波浪補(bǔ)償系統(tǒng)按式（10）完成一個(gè)循環(huán)的信號(hào)調(diào)制、變量傳遞，實(shí)現(xiàn)一個(gè)周期的波浪補(bǔ)償，如此反復(fù)循環(huán)。聯(lián)立式（3）、式（6）、式（9），整理即得到波浪補(bǔ)償系統(tǒng)變量特征傳遞關(guān)系：

式中，T0為循環(huán)周期時(shí)間長度；k為循環(huán)周期數(shù)量。

4 行星傳動(dòng)調(diào)速波浪補(bǔ)償樣機(jī)

4.1 行星傳動(dòng)調(diào)速器

原型試驗(yàn)樣機(jī)所用行星傳動(dòng)調(diào)速器基本齒輪參數(shù)如下：模數(shù)m＝2，齒形壓力角α＝20°，行星輪齒數(shù)zg＝29，太陽輪齒數(shù)za＝19，內(nèi)齒圈齒數(shù)zb＝77。設(shè)計(jì)繩索滾筒直徑為164mm，滾筒寬度為65mm，行星架回轉(zhuǎn)直徑為48mm。其余結(jié)構(gòu)件尺寸設(shè)計(jì)以上述參數(shù)為基礎(chǔ)，充分考慮連接、承載能力特性要求等條件，設(shè)計(jì)并試制的行星傳動(dòng)調(diào)速器如圖6所示。

圖6 行星傳動(dòng)調(diào)速器實(shí)物圖

4.2 電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

基于行星傳動(dòng)調(diào)速的主動(dòng)式波浪補(bǔ)償液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制回路如圖7所示，它主要實(shí)現(xiàn)起重和補(bǔ)償兩個(gè)動(dòng)作的功能控制。其中波浪補(bǔ)償回路是最重要的，其本質(zhì)是一個(gè)電液伺服系統(tǒng)，基本參數(shù)如下：系統(tǒng)壓力6.3MPa，馬達(dá)轉(zhuǎn)速0～160r／min，馬達(dá)輸出扭矩50N·m，穩(wěn)態(tài)精度不超過5%，響應(yīng)時(shí)間不超過0.4s。

圖7 液壓系統(tǒng)原理圖

4.3 船舶姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)

基于行星傳動(dòng)調(diào)速的波浪補(bǔ)償檢測(cè)系統(tǒng)組成如圖8所示。檢測(cè)系統(tǒng)主要完成兩方面的信號(hào)檢測(cè)：

（1）船舶運(yùn)動(dòng)姿態(tài)信號(hào)檢測(cè)。補(bǔ)給船A和被補(bǔ)給船B分別安裝加速度傳感器，檢測(cè)各自的升沉和縱搖運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

（2）補(bǔ)給裝置反饋信號(hào)檢測(cè)。反饋信號(hào)包括重物相對(duì)于被補(bǔ)給船的速度信號(hào)、繩索張力信號(hào)。

圖8 波浪補(bǔ)償檢測(cè)系統(tǒng)

5 試驗(yàn)驗(yàn)證

如圖9所示，基于行星傳動(dòng)調(diào)速的波浪補(bǔ)償原型樣機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)由行星傳動(dòng)調(diào)速卷揚(yáng)機(jī)、船舶姿態(tài)模擬平臺(tái)、DSP控制器、液壓馬達(dá)和傳感器等組成。

圖9 波浪補(bǔ)償原型樣機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)

船舶姿態(tài)模擬平臺(tái)要求能夠?qū)崿F(xiàn)升沉和傾斜兩個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，用來模擬甲板的升沉和縱傾。升沉運(yùn)動(dòng)采用正弦機(jī)構(gòu)（曲柄滑塊機(jī)構(gòu)）來實(shí)現(xiàn)，傾斜運(yùn)動(dòng)采用凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。升沉為正弦運(yùn)動(dòng)，幅值為±0.6m，周期為5～10s；傾斜角度為0～5°，周期為5～10s。

5.1 動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)

動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)的目的是通過在“理想狀態(tài)”下測(cè)試原型樣機(jī)對(duì)階躍信號(hào)和正弦信號(hào)的響應(yīng)，得到原型樣機(jī)的響應(yīng)時(shí)間、穩(wěn)態(tài)誤差等動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，從而驗(yàn)證電液伺服系統(tǒng)的控制原理和控制算法的正確性。其中“理想狀態(tài)”是指：假設(shè)調(diào)速器無傳動(dòng)誤差，波浪起伏引起的船舶相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為理想狀態(tài)下的階躍輸入和正弦輸入。

（1）對(duì)階躍信號(hào)的響應(yīng)。使用信號(hào)發(fā)生器給伺服閥輸入一個(gè)階躍信號(hào)，通過旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量行星傳動(dòng)調(diào)速器兩輸入端的轉(zhuǎn)速，得到原型樣機(jī)對(duì)階躍信號(hào)的響應(yīng)，如圖10a所示。可以看出，主動(dòng)式波浪補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)階躍信號(hào)的響應(yīng)曲線是無超調(diào)的，響應(yīng)時(shí)間約為0.5s，穩(wěn)態(tài)誤差小，滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。

（2）對(duì)正弦信號(hào)的跟隨。使用信號(hào)發(fā)生器在伺服閥的輸入端輸入一個(gè)正弦信號(hào)，通過旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量行星傳動(dòng)調(diào)速器兩輸入端的轉(zhuǎn)速，得到原型樣機(jī)對(duì)正弦信號(hào)的跟隨情況，如圖10b所示，可以看出，液壓伺服系統(tǒng)對(duì)正弦輸入信號(hào)的響應(yīng)較好，跟蹤時(shí)滯約為0.2s，滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。

圖10 原型樣機(jī)對(duì)階躍信號(hào)與正弦信號(hào)的響應(yīng)

（3）正弦信號(hào)輸入下繩索張力變化。使用信號(hào)發(fā)生器在伺服閥的輸入端輸入一個(gè)正弦信號(hào)，通過張力傳感器測(cè)量繩索的張力，得到繩索張力對(duì)正弦信號(hào)的跟隨情況，如圖11所示，可以看出，張力在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，繩索始終保持在張緊狀態(tài)。此外試驗(yàn)還表明，繩索張力的變化除了與系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性有關(guān)外，還與繩索的材料等屬性有關(guān)。

圖11 繩索張力對(duì)正弦信號(hào)的響應(yīng)

5.2 波浪補(bǔ)償試驗(yàn)

為了驗(yàn)證波浪補(bǔ)償效果，通過原型樣機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了多種條件下的波浪補(bǔ)償試驗(yàn)。

設(shè)計(jì)波浪補(bǔ)償系統(tǒng)作業(yè)過程的補(bǔ)給速度曲線，分為加速啟動(dòng)、穩(wěn)定運(yùn)行和減速制動(dòng)過程。其中，勻加速啟動(dòng)時(shí)間1s，減速制動(dòng)時(shí)間0.1s，穩(wěn)定運(yùn)行速度為0.5m／s，如圖12所示。圖13所示為波浪補(bǔ)償系統(tǒng)運(yùn)行全過程的試驗(yàn)結(jié)果曲線，運(yùn)動(dòng)干擾信號(hào)頻率為0.2Hz。 在 不 同 頻 率（低頻f＝0.05Hz，高頻f＝2Hz）的船舶運(yùn)動(dòng)情況下進(jìn)行了波浪補(bǔ)償系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行試驗(yàn)。

圖12 補(bǔ)給作業(yè)速度參考曲線

圖13 原型樣機(jī)波浪補(bǔ)償曲線

5.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

在試驗(yàn)過程中，采用了圖12所示的補(bǔ)給速度控制曲線?？紤]補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)快速制動(dòng)要求很高，因此曲線的速度下降部分變化很快。圖13表明波浪補(bǔ)償系統(tǒng)的啟?？刂菩Ч己茫憫?yīng)時(shí)間為0.18s，速度穩(wěn)態(tài)誤差僅1.5%，張力穩(wěn)態(tài)誤差僅為1%，完全符合原型樣機(jī)技術(shù)指標(biāo)要求。

從圖14和圖15可以看出，補(bǔ)償系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行過程中，船舶運(yùn)動(dòng)信號(hào)對(duì)補(bǔ)償效果和系統(tǒng)控制性能影響很大。在低頻條件下，系統(tǒng)能高精度地補(bǔ)償船舶運(yùn)動(dòng)干擾，而在高頻條件下重物呈現(xiàn)微幅振蕩，繩索張力也變化頻繁，此時(shí)系統(tǒng)的補(bǔ)償精度降低。在高頻f＝2Hz的情況下，速度誤差范圍小于10%，繩索張力變化范圍小于7.5%，因此仍然符合設(shè)計(jì)要求。

在真實(shí)海況下，船舶的運(yùn)動(dòng)頻率偏低，因此對(duì)整個(gè)系統(tǒng)而言，波浪補(bǔ)償效果比較滿意，試驗(yàn)結(jié)果基本能夠滿足波浪補(bǔ)償系統(tǒng)控制需要。

6 結(jié)論

（1）本文設(shè)計(jì)的基于行星傳動(dòng)的波浪補(bǔ)償系統(tǒng)能及時(shí)跟隨模擬波浪的運(yùn)動(dòng)變化。

圖14 船舶低頻運(yùn)動(dòng)干擾結(jié)果

圖15 船舶高頻運(yùn)動(dòng)干擾結(jié)果

（2）原型樣機(jī)在波浪補(bǔ)償?shù)倪^程中，繩索始終有張力存在，繩索不會(huì)出現(xiàn)松弛現(xiàn)象。

（3）按照本文提出的設(shè)計(jì)理論和分析方法建立的基于行星傳動(dòng)調(diào)速的波浪補(bǔ)償系統(tǒng)基本滿足復(fù)雜海況條件下吊裝作業(yè)的要求。

［1］Drevdal K E.Active Heave Drilling TM-a New Standard in Heave Compensation Technology［S］.HITEC，2001.

［2］Sagatun S I，Johansen T A.Wave Synchronizing Crane Control during Water Entry in Offshore Moonpool Operations-Experimental Results［J］.IEEE Journal of Oceanic Engineering，2003，28（4）：720-728.

［3］Otani A，Yoshitomi T.Vertical Seismic Response of Overhead Crane［J］.Nuclear Engineering and Design，2002，212（1／3）：211-220.

［4］賀可太.海上波浪補(bǔ)償起重機(jī)控制研究［D］.北京：北京航空航天大學(xué)，2000.

［5］徐小軍，何平，陳循，等.基于DSP的主動(dòng)式波浪補(bǔ)償起重機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.國防科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，30（1）：110-114.Xu Xiaojun，He Ping，Chen Xun，et al.Design of Control System for an Active Heave Compensation Crane with DSP［J］.Journal of National University of Denfense Techonogy，2008，30（1）：110-114.