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基于多传感器的波浪补偿平台补偿系统研究

李志忠  
【摘要】: 波浪补偿平台系统要构建的是一套位移补偿装置。目的是使在海上航行的船舶具有一局部区域,能够克服船舶在恶劣海况下由于波浪作用而产生的横摇运动、纵摇运动、升沉运动以及这些运动互相耦合的影响,保持与运动船舶的相对平稳。通过此装置,提高海上生产作业设备的安全性、利用率和效率,如直升机起降平台、船舶之间的货物补给甚至是作战舰艇上的导弹补给、海底电缆和管道的铺设和深海采矿作业系统等。 本文主要采用模型试验的研究方法,对实时采集到的波浪补偿系统运动数据进行分析处理和补偿。解决的关键问题包括: 1)数据采集和位移补偿方案的设计; 2)多通道传感器数据的快速解算和控制信号即时输出; 3)加速度信号实时处理的滤波和积分技术; 4)多传感器冗余数据融合技术等。 论文在前人的研究基础上,首先是重新设计了船舶模拟运动数据采集方案,重新设计了运动采集及补偿控制的信号系统和基于Visio Basic平台的程序处理算法软件系统。 接着,为了通过加速度传感器信号获得位移数据,讨论研究了加速度信号时域和频域的积分技术、趋势项的去除技术以及信号的滤波降噪技术,并使用一已知正弦函数信号对处理程序编写的正确性和处理方法的可靠性进行了验证,初步证明处理方法可行。通过对实测运动数据进行分析,进一步表明处理程序的正确和处理方法的有效,可以应用于波浪补偿平台的数据处理。鉴于补偿系统在时间上的要求,论文最终选择了基于FFT快速傅立叶变换的频域滤波和频域积分技术方案来进行波浪补偿系统的位移补偿研究。 为了充分利用多传感器的冗余信息,论文对冗余数据融合方法进行了初步的讨论研究,并结合相关测量数据采用加权平均法,对多传感器的冗余信息进行融合处理,获得数据融合后的补偿位移。 最后,将处理算法从MATLAB平台移植到Visio Basic平台,进行了实时的船舶模拟升沉运动和横摇运动及相应的补偿试验,获得实时补偿的运动数据并进行了相关的分析研究。分析结果表明,稳定平台的运动幅值有一定程度的降低,但未达期望,补偿信号与运动信号的相位和幅值都未能很好地吻合,仍需进一步的改善。 通过波浪补偿系统的试验研究,表明频域处理技术比时域技术更具时间优势,更适用于实时系统,应用于波浪补偿稳定平台系统是可行有效的。


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