升沉补偿系统、方法及采矿系统与流程

1.本发明涉及本发明涉及采矿领域，特别涉及一种升沉补偿系统、方法及采矿系统。


背景技术：

2.采矿船在海上执行采矿作业时候，由于海浪波的无规律运动，会使得采矿船产生六自由度的运动，其升沉运动会带动与其底部相连的中继仓运动，会导致采矿管道损坏，造成安全事故。


技术实现要素：

3.针对现有技术的上述问题，本发明的目的在于提供一种升沉补偿系统、方法及采矿系统，精准调节补偿液压缸，能够使得中继仓相对海底的距离不变，避免采矿管道和采矿装置跟随采矿船波动而出现受损的情况，保证了采矿作业的安全性。
4.为了解决上述问题，本发明一方面提供一种升沉补偿系统，所述升沉补偿系统包括：
5.补偿液压缸，所述补偿液压缸包括缸体和与所述缸体可活动连接的活塞，其中，所述缸体刚性连接所述采矿船，所述活塞刚性连接所述中继仓；
6.第一位移传感器，所述第一位移传感器设置在所述采矿船上，以检测所述采矿船的第一位移；
7.模糊控制器，所述模糊控制器连接所述补偿液压缸和所述第一位移传感器，以根据所述第一传感器获取的所述第一位移，控制所述活塞向所述采矿船移动的相反方向移动第二位移，以使得所述中继仓相对海底的距离不变。
8.进一步地，升沉补偿系统还包括：
9.电磁换向阀，所述模糊控制器通过所述电磁换向阀连接所述补偿液压缸，以控制所述活塞的移动。
10.进一步地，所述电磁换向阀包括阀芯，所述模糊控制器根据所述第一位移输出的预定数值的电流，通过所述电流控制所述阀芯的开度，从而控制所述补偿液压缸的液压油的流量，进而控制所述活塞的移动。
11.进一步地，升沉补偿系统还包括：
12.第二位移传感器，所述第二位移传感器连接所述活塞或所述中继仓，以检测所述活塞的第三位移；
13.加法器，所述模糊控制器通过所述加法器连接所述第一位移传感器，所述加法器还连接所述第二位移传感器，以计算所述第一位移和所述第三位移的差值，并将所述差值输入所述模糊控制器，
14.所述模糊控制器根据所述差值，对所述电磁换向阀的控制进行修正。
15.进一步地，所述第一位移传感器和第二位移传感器为霍尔传感器。
16.进一步地，所述霍尔传感器为线性型霍尔传感器,其由霍尔元件、线性放大器和射
极跟随器组成。
17.进一步地，所述模糊控制器为自适应模糊pid控制器。
18.进一步地，所述模糊控制器基于输入变量中的误差(e)和误差变化率(ec)进行模糊控制。
19.本发明另一方面提供一种升沉补偿方法，所述升沉补偿方法包括：
20.步骤s1，通过第一位移传感器检测采矿船的第一位移；
21.步骤s2，所述模糊控制器获取所述第一位移，并控制所述补偿液压缸的活塞向所述第一位移的相反方向移动第二位移；
22.步骤s3，所述补偿液压缸根据所述模糊控制器的控制，其所述活塞移动所述第二位移，以使得所述中继仓相对海底距离不变。
23.本发明又一方面提供一种采矿系统，所述采矿系统包括：采矿船，所述采矿船漂浮在海面；
24.中继仓，所述中继仓位于所述采矿船的下方；
25.升沉补偿系统，所述升沉补偿系统连接在所述采矿船和所述中继仓之间，其为上述任一所述的升沉补偿系统；
26.采矿管道，所述采矿管道的第一端连接所述中继仓；
27.采矿装置，所述采矿装置连接所述采矿管道的第二端，用于在海底进行采矿。
28.由于上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
29.根据本发明实施例的升沉补偿系统，包括补偿液压缸、第一位移传感器及模糊控制器，海浪带动采矿船运动，采矿船上的第一位移传感器获知采矿船的运动的第一位移，模糊控制器根据第一位移，控制补偿液压缸的活塞向第一位移的相反方向移动第二位移，从而使得中继仓相对海底的距离不变，能够使得中继仓相对海底的距离不变，避免采矿管道和采矿装置跟随采矿船波动而出现受损的情况，保证了采矿作业的安全性。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
31.图1是本发明一个实施例提供的采矿系统的结构示意图；
32.图2是本发明一个实施例提供的升沉补偿系统的示意图；
33.图3是本发明一个实施例提供的升沉补偿方法的流程示意图。
34.100、采矿船；210、补偿液压缸；220、电磁换向阀；230、模糊控制器；240、加法器；250、第一位移传感器；260、第二位移传感器；300、中继仓；400、采矿管道；500、采矿装置。
具体实施方式
35.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员
在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
37.为了使本发明实施例公开的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例。本发明实施例的技术方案中对数据的获取、存储、使用、处理等均符合国家法律法规的相关规定。
38.下面说明本发明实施例的采矿系统。
39.如图1所示，该实施例的采矿系统置包括：采矿船100、中继仓300、升沉补偿系统、采矿管道400及采矿装置500。其中，采矿船100可以为支持采矿管道400的自重载荷为200吨的大型船舶。
40.采矿装置500在海底进行采矿，并将采到的矿通过采矿管道400传送至中继仓300，中继仓300与采矿船100通过升沉补偿系统中的补偿液压缸210连接。
41.海浪无规律波动，导致采矿船100也发生无规律波动，通过升沉补偿系统对中继仓300的位置进行调整，使得中继仓300相对海底的距离保持不变，保证了采矿管道400和采矿装置500的安全。由此，能够提高采矿的安全性和稳定性。
42.下面说明本发明实施例的升沉补偿系统。
43.如图2所示，升沉补偿系统包括：补偿液压缸210、第一位移传感器250及模糊控制器230。
44.首先，说明补偿液压缸210。补偿液压缸210包括缸体和与缸体可活动连接的活塞，其中，缸体刚性连接采矿船100，活塞刚性连接中继仓300。
45.也就是说活塞能够驱动中继仓300进行升沉运动。通过补偿液压缸210的活塞的运动，能够使得中继仓300相对采矿船100发生相对移动。
46.接着，说明第一位移传感器250。第一位移传感器250设置在采矿船100上，以检测采矿船100的第一位移。
47.通过第一位移传感器250能够准确获知采矿船100跟随海浪的波动情况，便于后续的调整。
48.最后，说明模糊控制器230。模糊控制器230连接补偿液压缸210和第一位移传感器250，以根据第一位移传感器250获取的第一位移，控制活塞向采矿船100移动的相反方向移动第二位移，以使得中继仓300相对海底的距离不变。
49.模糊控制器230描述系统变量间的关系。不用数值而用语言式的模糊变量来描述系统。简化系统设计的复杂性,特别适用于非线性、时变、滞后、模型不完全系统的控制。模糊控制器230是一种容易控制、掌握的较理想的非线性控制器,具有较佳的鲁棒性、适应性、强健性及较佳的容错性。其中，模糊控制器230为已知技术，在此不再详述。
50.例如，第一位移传感器250获取采矿船100的第一位移为向上运动1米，模糊控制器230计算出补偿液压缸210的活塞的第二位移为向下运动1米，活塞根据模糊控制器230的控制，带动中继仓300向下移动1米，从而使得中继仓300保持与海底的相对位置不动。
51.现实中，海浪的波动速度比较快，采矿船100的波动也快，而活塞运动的响应有时间差，就存在滞后和非线性的问题。通过模糊控制器230对活塞的运动进行模糊控制，从而最大限度地实现中继仓300相对海底的距离不变，保证采矿作业的安全性。
52.以上的升沉补偿系统，海浪带动采矿船100运动，采矿船100上的第一位移传感器250获知采矿船100的运动的第一位移，模糊控制器230根据第一位移，控制补偿液压缸210的活塞向第一位移的相反方向移动第二位移，从而使得中继仓300相对海底的距离不变。由此，能够使得中继仓300相对海底的距离不变，避免采矿管道400和采矿装置500跟随采矿船100波动而出现受损的情况，保证了采矿作业的安全性。
53.根据本发明一些实施例，升沉补偿系统还包括电磁换向阀220。模糊控制器230通过电磁换向阀220连接补偿液压缸210，以控制活塞的移动。
54.模糊控制器230电连接电磁换向阀220，电磁换向阀220连接补偿液压缸210，控制驱动活塞运动的液压油的流量，从而控制活塞的运动。由此，能够简便且精确地控制补偿液压缸210的活塞的运动。
55.进一步地，电磁换向阀220包括阀芯，模糊控制器230根据第一位移输出的预定数值的电流，通过电流控制阀芯的开度，从而控制补偿液压缸210的液压油的流量，进而控制活塞的移动。
56.模糊控制器230根据第一位移和第三位移，计算出第二位移，以此计算出活塞移动第二位移距离所需要的流量，以此计算出此流量对应的芯阀开度，以此计算出此阀芯开度对应的电流，并以此电流控制活塞移动。由此，能够精确控制活塞的运动，且使得此升沉补偿系统响应速度块，而且方向可以通过惯性来控制，几乎没有滞后。
57.进一步地，升沉补偿系统还包括第二位移传感器260和加法器240。第二位移传感器260连接活塞或中继仓300，以检测活塞的第三位移。模糊控制器230通过加法器240连接第一位移传感器250，加法器240还连接第二位移传感器260，以计算第一位移和第三位移的差值，并将差值输入模糊控制器230。模糊控制器230根据差值，对电磁换向阀220的控制进行修正。
58.例如，第一位移传感器250获取采矿船100的第一位移为向上运动3米，第二位移传感器260获取活塞的第三位移为向下运动2.5米，通过加法器240得到差值为0.5米，模糊控制器230获取此差值0.5米，调整输入电磁换向阀220的电流从22a调整到23a，从而对活塞的控制进行修正。
59.由此，能够更加准确地调整活塞的运动，增加升沉补偿系统的精度。
60.进一步地，第一位移传感器250和第二位移传感器260为霍尔传感器。其中，霍尔传感器分为线型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。
61.霍尔传感器具有传感器精度高、线性度好的特点。由此，能够使得第一位移传感器250和第二位移传感器260准确检测出位移。
62.进一步地，霍尔传感器为线性型霍尔传感器,其由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成。
63.线性型霍尔传感器，由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成,它输出模拟量。线性霍尔传感器又可分为开环式和闭环式。闭环式霍尔传感器又称零磁通霍尔传感器。线性霍尔传感器主要用于交直流电流和电压测量。通过线性霍尔传感器能够更加准确地检测出位移。
64.根据本发明一些实施例，模糊控制器230为自适应模糊pid控制器。
65.可以预设pid参数及其大概变化的范围，在此已经设置好的pid参数的基础上，需要根据不同的海浪波对此已预设的pid参数在预设的范围内变化，模糊控制器230的调整的内容有三个，分别是预设的pid参数、pid参数的变化范围、模糊规则的整理。
66.进一步地，模糊控制器230基于输入变量中的误差(e)和误差变化率(ec)进行模糊控制。
67.模糊控制器230以误差e和误差变化率ec作为控制器的输入量，输入量经过模糊化与模糊推理之后就可以得出模糊控制器230的输出值，模糊控制器230则需要根据模糊控制的输出值对自身的参数进行调节。模糊控制器230描述系统变量间的关系。不用数值而用语言式的模糊变量来描述系统。简化系统设计的复杂性,特别适用于非线性、时变、滞后、模型不完全系统的控制。模糊控制器230是一语言控制器,便于操作人员使用自然语言进行人机对话。模糊控制器230是一种容易控制、掌握的较理想的非线性控制器,具有较佳的鲁棒性、适应性、强健性及较佳的容错性。
68.下面说明本发明实施例的升沉补偿方法。
69.如图3所示，本发明实施例的升沉补偿方法包括：步骤s1，通过第一位移传感器250检测采矿船100的第一位移；步骤s2，模糊控制器230获取第一位移，并控制补偿液压缸210的活塞向第一位移的相反方向移动第二位移；步骤s3，补偿液压缸210根据模糊控制器230的控制，其活塞移动第二位移，以使得中继仓300相对海底距离不变。
70.由此，通过上述升沉补偿方法，能够使得中继仓300相对海底的距离不变，避免采矿管道400和采矿装置500跟随采矿船100波动而出现受损的情况，保证了采矿作业的安全性。
71.以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。