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【摘 要】波浪补偿系统主要利用主动或是被动技术，实现波浪运动下母船或是海洋平台中作业装置发生的不规则运动有效补偿的系统。波浪补偿系统普遍运用在海上货物的转运和油气田的开采以及深海采矿等相关领域。通过对波浪系统的补偿技术主要工作原理进行分析，进一步研究了起重机设计中的波浪补偿技术运用。
【关键词】起重机;波浪补偿技术;设计优化
海上船舶并靠在吊装货物的过程中，海浪起伏会加大吊装船和接受船波动，比如横摇和纵摇以及深沉运动等，进而导致两船的运动变得更为复杂，若是利用一般起重机进行吊装，不但难以平稳进行装卸，而且还会由于冲击与碰撞导致货物损坏，甚至出现安全事故。在此种状况下，海上货物吊装主要技术问题，就是有效克服由于海浪起伏引发的冲击与碰撞，因此起重机在作业过程中必须具备波浪补偿能力。而探讨与分析起重机设计中的波浪补偿技术运用有着重大意义。
一、波浪补偿系统的工作原理
（一）被动式波浪补偿系统
被动式波浪补偿系统通常由张紧器组件和蓄能器组件以及重力补偿油箱等构成。①张紧器组件主要由滑轮组和补偿油缸构成。②蓄能器组件一般由蓄能器和氨气瓶构成。钢缆需要从蓄缆绞车有效伸出，然后绕过滑轮组，并且和负載连接。若是工作母船遭受波浪的影响逐渐上升，此时负载就会因为惯性造成钢缆拉力不断增加，而且钢缆上拉力也不断增大，就造成张紧器遭受被迫压缩，然后释放钢缆，对负载移位进行补偿，从而负载尽可能就会保持平衡状态。除此之外，补偿油缸里液压油在进入到蓄能器中后，就会存储能量。否则工作母船在波浪下沉影响下，系统就会实现相反补偿，然后释放能量。在工作过程中，波浪补偿系统如同一个液压弹簧，实现波浪造成影响的有效缓冲。而被动式的波浪补偿系统在工作过程中基本不会消耗能量，通常应用在重载和精度需求比较低的场合。
（二）主动式的波浪补偿系统
主动式的波浪补偿系统主要利用的补偿模式是主动绞车补偿。通常情况下，主动补偿系统中的动力元件是补偿绞车，在负载传感器有效检测出被吊物品的具体运动状况时，就会将获取的信号及时输入到控制系统，并且绞车转速的传感器在检测绞车具体转动状态后，会把获取的信号及时输入到控制系统。另外，控制系统就会对接收的相关传感器信号完成科学处理与计算，然后获取液压绞车控制量，最后发出信号，然后对伺服阀的开口进行控制，并且利用油缸有效调节斜盘的角度，实现绞车输出转速的合理控制，最终完成被吊装物体相关升沉运动补偿。
（三）复合波浪补偿系统
复合的波浪补偿系统一般由泵站和蓄能器以及复合油缸等构成。在传感器有效检测出负载位移时，输入至比较器中和预期信号完成比较，然后比较器就会输出两者之间的偏差至控制器中，这时控制器就会进行相关计算，并且输出电流或是电压的控制信号，这些控制信号通过功率放大器进行放大之后，有效控制电液比例阀的阀芯具体运动，合理加大或是降低进入油缸主动腔压力油具体流量。除此之外，若是缺少波浪信号，此时的负载重力一般由复合油缸的被动腔承担。若是负载与补偿系统会在波浪影响下上下波动，此时负载就会形成向上或是向下加速度，对此活塞杆中的受力就会变化，被动腔就会充入或是流出液压油。然后利用活塞杆进行上下移动，从而系统就会对负载进行补偿。
二、波浪补偿起重机设计
（一）系统设备构成
起重机一般由电气系统和液压系统以及补偿系统等多个部分构成。而电器系统一般由电机起动箱和操作控制箱以及接线箱等多个部分构成。而液压系统一般由电机油泵组和多路换向阀以及平衡阀等构成。另外，起升系统一般由起重绞车和补偿绞车以及滑轮组等构成。而补偿系统一般由蓄能器和补偿装置以及液压控制管路等多个部分构成。
（二）基本功能
波浪补偿技术的起重机设计，其具备的功能就是可以在波浪影响下实现舰船波动的有效补偿，一般安装于舰艇舷侧，同时在并靠补给船间或是码头安全实现货物的提取或是运转。此波浪补偿的起重机，具备一般吊装功能和随动补偿吊装功能以及被动补偿的吊装功能。而在存在风浪状况下，或是存在吊装危险物品时，能够充分应用补偿系统，然后实现货物的补偿功能有效提取作业，从而确保所提取货物和补给船稳定与安全。另外，在无风浪状况下，起重机能够利用吊装功能，实现货物的提取或是运转。
三、主动式的波浪补偿控制器设计
现阶段，国外应用的大部分起重机都是吨位比较大的，而且一般应用主动式的波浪补偿技术。而且在国内外整体发展趋势方面而言，为了能够满足海上并靠吊装过程中单次吊装量的增加有关需求，充分利用主动式的波浪补偿技术已是波浪起重机未来主要发展趋势。
（一）创建系统模型
波浪补偿技术起重机系统的建模主要分成机械部分与液压驱动部分。其中机械部分包括回转关节以及俯仰关节，在建模的过程中一定要综合分析各个关节运动，从某个方面而言能够等效成为一个机械臂的系统。并且起重机需要固定吊装船上，直接遭受吊装船相关运动的影响，导致运动规律变得十分复杂，对此应该把吊装船当作起重机中的一部分，就能够应用常规机械臂相关建模方式实现机械部分的有效建模。而液压驱动系统的建模一般包含液压油缸与液压马达，通过对机械部分与液压驱动进行综合建模，能够获取船舶起重机相关动力学模型。除此之外，为了能够加强补偿效果，并且在研究时实现波浪补偿效果的深入研究与分析，还需要创建波浪运动模型。
（二）控制算法的设计
在海上吊装过程中，遭受风浪影响比较大，而且波浪补偿的起重机系统主要展现为非线性与时变性以及不确定性等相关特点，无法创建其准确数学模型，选择常规控制算法难以取得良好补偿效果。对此，必须综合分析系统非线性与不确定性等相关要素，利用鲁棒性比较强的控制算法实现设计。同时要合理应用结构控制和非线性PID控制以及智能控制等相关方法。
（三）系统硬件实现
其一般包含控制器自身硬件实现和传感器选型。因为海上工作环境比较恶劣，不仅受到风浪波动的影响，同时还会受到船舶机械和动力设备产生的振动与噪声影响，所以要求选取的电子器件一定要具备比较高的灵敏度与可靠性以及抗干扰能力。
四、结束语
虽然在设计理论方面应用主动式的波浪补偿技术存在一定难度，不仅需要应用电子器件，还对控制算法有着严格要求。但是主动式的波浪补偿技术具备许多优势，比如补偿设备物理体积相对比较小，而且重量轻，造价也比较低，对于接受船并没有特殊需求等。因此，应用主动式的波浪补偿技术具备良好的波浪补偿能力与性价比。
参考文献：
[1]徐小军，何平，陈循，等.基于DSP的主动式波浪补偿起重机控制系统设计[J].国防科技大学学报，2013，（1）：110-114.
[2]林国英，李光，艾志浩.滑模变结构控制在机械臂跟踪轨迹控制中的应用[J].湖南工业大学学报，2012，（5）：80-84.
[3]郑相周，罗友高. 基于并列机构的大洋采矿补偿平台构型设计分析[J].中国机械工程，2013，14（18）：1565-1567.
[4]徐小军，何平，徐循，等. 基于 DSP 的主动式波浪补偿起重机控制系统设计[J].国防科技大学学报，2012，30（1）：110-114.
[5]刘贺，李彬，胡晓东. 波浪补偿起艇绞车的研究[J].上海造船，2013，（2）：30-31.
[6]黄锴.1000m 海试采矿系统升沉补偿系统控制方法探讨及虚拟样机研究[D].长沙： 中南大学，2013，（42）：19-21.
【关键词】起重机;波浪补偿技术;设计优化
海上船舶并靠在吊装货物的过程中，海浪起伏会加大吊装船和接受船波动，比如横摇和纵摇以及深沉运动等，进而导致两船的运动变得更为复杂，若是利用一般起重机进行吊装，不但难以平稳进行装卸，而且还会由于冲击与碰撞导致货物损坏，甚至出现安全事故。在此种状况下，海上货物吊装主要技术问题，就是有效克服由于海浪起伏引发的冲击与碰撞，因此起重机在作业过程中必须具备波浪补偿能力。而探讨与分析起重机设计中的波浪补偿技术运用有着重大意义。
一、波浪补偿系统的工作原理
（一）被动式波浪补偿系统
被动式波浪补偿系统通常由张紧器组件和蓄能器组件以及重力补偿油箱等构成。①张紧器组件主要由滑轮组和补偿油缸构成。②蓄能器组件一般由蓄能器和氨气瓶构成。钢缆需要从蓄缆绞车有效伸出，然后绕过滑轮组，并且和负載连接。若是工作母船遭受波浪的影响逐渐上升，此时负载就会因为惯性造成钢缆拉力不断增加，而且钢缆上拉力也不断增大，就造成张紧器遭受被迫压缩，然后释放钢缆，对负载移位进行补偿，从而负载尽可能就会保持平衡状态。除此之外，补偿油缸里液压油在进入到蓄能器中后，就会存储能量。否则工作母船在波浪下沉影响下，系统就会实现相反补偿，然后释放能量。在工作过程中，波浪补偿系统如同一个液压弹簧，实现波浪造成影响的有效缓冲。而被动式的波浪补偿系统在工作过程中基本不会消耗能量，通常应用在重载和精度需求比较低的场合。
（二）主动式的波浪补偿系统
主动式的波浪补偿系统主要利用的补偿模式是主动绞车补偿。通常情况下，主动补偿系统中的动力元件是补偿绞车，在负载传感器有效检测出被吊物品的具体运动状况时，就会将获取的信号及时输入到控制系统，并且绞车转速的传感器在检测绞车具体转动状态后，会把获取的信号及时输入到控制系统。另外，控制系统就会对接收的相关传感器信号完成科学处理与计算，然后获取液压绞车控制量，最后发出信号，然后对伺服阀的开口进行控制，并且利用油缸有效调节斜盘的角度，实现绞车输出转速的合理控制，最终完成被吊装物体相关升沉运动补偿。
（三）复合波浪补偿系统
复合的波浪补偿系统一般由泵站和蓄能器以及复合油缸等构成。在传感器有效检测出负载位移时，输入至比较器中和预期信号完成比较，然后比较器就会输出两者之间的偏差至控制器中，这时控制器就会进行相关计算，并且输出电流或是电压的控制信号，这些控制信号通过功率放大器进行放大之后，有效控制电液比例阀的阀芯具体运动，合理加大或是降低进入油缸主动腔压力油具体流量。除此之外，若是缺少波浪信号，此时的负载重力一般由复合油缸的被动腔承担。若是负载与补偿系统会在波浪影响下上下波动，此时负载就会形成向上或是向下加速度，对此活塞杆中的受力就会变化，被动腔就会充入或是流出液压油。然后利用活塞杆进行上下移动，从而系统就会对负载进行补偿。
二、波浪补偿起重机设计
（一）系统设备构成
起重机一般由电气系统和液压系统以及补偿系统等多个部分构成。而电器系统一般由电机起动箱和操作控制箱以及接线箱等多个部分构成。而液压系统一般由电机油泵组和多路换向阀以及平衡阀等构成。另外，起升系统一般由起重绞车和补偿绞车以及滑轮组等构成。而补偿系统一般由蓄能器和补偿装置以及液压控制管路等多个部分构成。
（二）基本功能
波浪补偿技术的起重机设计，其具备的功能就是可以在波浪影响下实现舰船波动的有效补偿，一般安装于舰艇舷侧，同时在并靠补给船间或是码头安全实现货物的提取或是运转。此波浪补偿的起重机，具备一般吊装功能和随动补偿吊装功能以及被动补偿的吊装功能。而在存在风浪状况下，或是存在吊装危险物品时，能够充分应用补偿系统，然后实现货物的补偿功能有效提取作业，从而确保所提取货物和补给船稳定与安全。另外，在无风浪状况下，起重机能够利用吊装功能，实现货物的提取或是运转。
三、主动式的波浪补偿控制器设计
现阶段，国外应用的大部分起重机都是吨位比较大的，而且一般应用主动式的波浪补偿技术。而且在国内外整体发展趋势方面而言，为了能够满足海上并靠吊装过程中单次吊装量的增加有关需求，充分利用主动式的波浪补偿技术已是波浪起重机未来主要发展趋势。
（一）创建系统模型
波浪补偿技术起重机系统的建模主要分成机械部分与液压驱动部分。其中机械部分包括回转关节以及俯仰关节，在建模的过程中一定要综合分析各个关节运动，从某个方面而言能够等效成为一个机械臂的系统。并且起重机需要固定吊装船上，直接遭受吊装船相关运动的影响，导致运动规律变得十分复杂，对此应该把吊装船当作起重机中的一部分，就能够应用常规机械臂相关建模方式实现机械部分的有效建模。而液压驱动系统的建模一般包含液压油缸与液压马达，通过对机械部分与液压驱动进行综合建模，能够获取船舶起重机相关动力学模型。除此之外，为了能够加强补偿效果，并且在研究时实现波浪补偿效果的深入研究与分析，还需要创建波浪运动模型。
（二）控制算法的设计
在海上吊装过程中，遭受风浪影响比较大，而且波浪补偿的起重机系统主要展现为非线性与时变性以及不确定性等相关特点，无法创建其准确数学模型，选择常规控制算法难以取得良好补偿效果。对此，必须综合分析系统非线性与不确定性等相关要素，利用鲁棒性比较强的控制算法实现设计。同时要合理应用结构控制和非线性PID控制以及智能控制等相关方法。
（三）系统硬件实现
其一般包含控制器自身硬件实现和传感器选型。因为海上工作环境比较恶劣，不仅受到风浪波动的影响，同时还会受到船舶机械和动力设备产生的振动与噪声影响，所以要求选取的电子器件一定要具备比较高的灵敏度与可靠性以及抗干扰能力。
四、结束语
虽然在设计理论方面应用主动式的波浪补偿技术存在一定难度，不仅需要应用电子器件，还对控制算法有着严格要求。但是主动式的波浪补偿技术具备许多优势，比如补偿设备物理体积相对比较小，而且重量轻，造价也比较低，对于接受船并没有特殊需求等。因此，应用主动式的波浪补偿技术具备良好的波浪补偿能力与性价比。
参考文献：
[1]徐小军，何平，陈循，等.基于DSP的主动式波浪补偿起重机控制系统设计[J].国防科技大学学报，2013，（1）：110-114.
[2]林国英，李光，艾志浩.滑模变结构控制在机械臂跟踪轨迹控制中的应用[J].湖南工业大学学报，2012，（5）：80-84.
[3]郑相周，罗友高. 基于并列机构的大洋采矿补偿平台构型设计分析[J].中国机械工程，2013，14（18）：1565-1567.
[4]徐小军，何平，徐循，等. 基于 DSP 的主动式波浪补偿起重机控制系统设计[J].国防科技大学学报，2012，30（1）：110-114.
[5]刘贺，李彬，胡晓东. 波浪补偿起艇绞车的研究[J].上海造船，2013，（2）：30-31.
[6]黄锴.1000m 海试采矿系统升沉补偿系统控制方法探讨及虚拟样机研究[D].长沙： 中南大学，2013，（42）：19-21.