船舶在海浪中的运动影响很多海上工程作业,尤其是船用起重机的吊装作业,包括钻井船的石油开采,海上设备的建设和维修,以及水下机器人的收放等,因此需要波浪补偿系统以保证作业的安全性和可靠性。本文对船用起重机主动式波浪补偿系统包含的关键技术进行研究,主要包括以下几个方面研究:(1)考虑船舶升沉、横摇和纵摇运动对船用起重机吊装点升沉运动的影响,进行波浪补偿系统运动坐标变换。建立坐标系,推导坐标变换矩阵,并根据惯性测量传感器的测量原理选择坐标变换方法。无论传感器安装在船舶甲板上的任何位置,都能通过运动坐标变换和传感器检测信号计算起重机吊装点的升沉速度。(2)对传感器的升沉运动估计进行研究获得升沉速度。分析加速度数据的成分,采用防脉冲干扰滤波和平滑滤波对加速度数据进行处理。为消除加速度积分得到升沉速度过程中加速度偏差产生的趋势项影响,分别对基于最小二乘法,自适应滤波法和频域滤波法三种运动估计方法进行研究。(3)针对波浪补偿系统的补偿响应滞后问题进行运动预报算法研究。对升沉速度进行快速傅里叶变换,并进行峰值检测处理,获得升沉速度所包含的主要运动频率以及相应的幅值和相位参数。对运动参数建立状态方程,采用卡尔曼滤波算法对运动参数进行校正,以校正后的运动参数对起重机吊装点的升沉运动进行预报。(4)建立主动式波浪补偿实验系统对研究方法进行实验验证。将三种升沉运动估计方法在实验系统中实现,分析实验结果确定合适的方法,通过运动坐标变换获得起重机吊装点的升沉速度。以升沉速度作为补偿输入信号进行补偿实验,计算补偿效率。将运动预报算法在实验系统中实现,分析影响运动预报的因素,并以预报速度作为补偿输入信号进行补偿实验,计算的补偿效率。分析增加运动预报算法前后的补偿效率,验证运动预报算法的可行性和必要性。