CN119370286B - 泵控半主动船舶升沉补偿液压系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液压控制技术领域，提供一种泵控半主动船舶升沉补偿液压系统及其控制方法，系统包括：主动补偿液压模块、被动补偿液压模块、传感器模块、控制器和运动传感器；被动补偿液压模块包括氮气瓶单元、蓄能器单元、气液转换器、第七电磁换向阀、第四电磁换向阀和被动补偿非对称液压缸；主动补偿液压模块包括第三蓄能器、伺服电机、双向定量液压泵、第一单向阀、第二单向阀、主动补偿非对称液压缸、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀和第三电磁换向阀。本发明融合了被动补偿和主动补偿，极大提高了补偿精度和效率；采用电液伺服泵控方式，不仅保留了阀控方式控制精度高的优点，还提高了稳定性。

Description

泵控半主动船舶升沉补偿液压系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及液压控制技术领域，特别是涉及一种泵控半主动船舶升沉补偿液压系统及其控制方法。

背景技术

在海上作业期间，船舶会受到海浪和海风的影响，产生剧烈的升沉运动，这会降低海上作业精度，甚至会造成船舶的破损及倾覆，十分危险。升沉补偿系统的目的是将负载运动和船舶升沉运动解耦，使负载的垂直运动不受船舶运动的影响，减少缆绳张力的变化，从而确保海上作业设备和人员的稳定性和安全性。

目前升沉补偿系统按照补偿形式主要有三种：被动升沉补偿系统、主动升沉补偿系统和半主动升沉补偿系统。被动升沉补偿系统是一种不需要输入能量即可工作的开环系统，这种系统结构简单，但对于高频率和大幅度的升沉运动效果有限。主动升沉补偿系统是一种耗能的复杂闭环系统，利用传感器实时监测船舶的运动状态，并通过控制系统驱动执行器，主动调节负载的运动，以抵消船舶升沉的影响。主动补偿系统虽然能显著提高船舶在波浪环境中的稳定性，但由于其成本高、能耗大、可靠性受限、响应速度和系统延迟问题等缺点，使其在实际应用中面临诸多挑战。半主动升沉补偿系统是被动和主动升沉补偿系统的复合模型，结合了被动和主动补偿系统的优点，既利用机械结构吸收部分能量，又通过主动控制进行精细调节，从而实现更高的补偿效果和稳定性。

现有的半主动升沉补偿系统存在补偿精度不高、系统稳定性差等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种泵控半主动船舶升沉补偿液压系统及其控制方法，融合了被动补偿和主动补偿，极大提高了补偿精度和效率；采用电液伺服泵控方式，不仅保留了阀控方式控制精度高的优点，还提高了稳定性。

一种泵控半主动船舶升沉补偿液压系统，其包括：主动补偿液压模块、被动补偿液压模块、传感器模块、控制器和运动传感器；

运动传感器用于获取海浪信号和船舶的运动状态并发送至控制器；

被动补偿液压模块包括氮气瓶单元、蓄能器单元、气液转换器、第七电磁换向阀、第四电磁换向阀和被动补偿非对称液压缸；

氮气瓶单元通过开关阀单元与气液转换器的AIR端连接，气液转换器的OIL端与第四电磁换向阀的第一端连接，第四电磁换向阀的第二端与被动补偿非对称液压缸的D口连接，被动补偿非对称液压缸的C口与第七电磁换向阀的第一端连接，第七电磁换向阀的第二端与蓄能器单元连接；

主动补偿液压模块包括第三蓄能器、伺服电机、双向定量液压泵、第一单向阀、第二单向阀、第一液控单向阀、第二液控单向阀、主动补偿非对称液压缸、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀和第三电磁换向阀；

伺服电机与双向定量液压泵通过联轴器同轴连接；

第一单向阀的第一端、第一液控单向阀的第一端和第一电磁换向阀的第一端均与双向定量液压泵的a油口连通；

第二单向阀的第一端、第二液控单向阀的第一端和第二电磁换向阀的第一端均与双向定量液压泵的b油口连通；第一单向阀的流向为从第一单向阀的第二端流向第一单向阀的第一端，第二单向阀的流向为从第二单向阀的第二端流向第二单向阀的第一端；

第一单向阀的第二端、第一液控单向阀的第二端、第二单向阀的第二端、第二液控单向阀的第二端和第三蓄能器之间相互连通；

第一电磁换向阀的第二端和第三电磁换向阀的第一端均与主动补偿非对称液压缸的A口连接，第二电磁换向阀的第二端和第三电磁换向阀的第二端均与主动补偿非对称液压缸的B口连接；

传感器模块包括第一压力传感器、第二压力传感器、位移传感器和力传感器；

第一压力传感器设置在双向定量液压泵的a油口与主动补偿非对称液压缸的A口之间，第二压力传感器设置在双向定量液压泵的b油口与主动补偿非对称液压缸的B口之间；位移传感器设置在主动补偿非对称液压缸的液压杆上，位移传感器用于获取主动补偿非对称液压缸的液压杆的位移并发送至控制器；力传感器设置在主动补偿非对称液压缸的液压杆与被动补偿非对称液压缸的液压杆的铰接处，力传感器用于获取铰接处的力并发送至控制器；

第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第一单向阀、第二单向阀、伺服电机、第一压力传感器、第二压力传感器、第四电磁换向阀、第七电磁换向阀和氮气瓶单元均与控制器连接；

第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第四电磁换向阀和第七电磁换向阀均具有双线路，第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第四电磁换向阀和第七电磁换向阀的第一线路均为双向通路，第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀和第四电磁换向阀的第二线路为断路，第七电磁换向阀的第二线路为单向通路，第七电磁换向阀的第二线路为油液从被动补偿非对称液压缸的C口流向蓄能器单元。

可选地，氮气瓶单元包括第一氮气瓶、第二氮气瓶和第三氮气瓶；开关阀单元包括第一开关阀、第二开关阀和第三开关阀；

第一氮气瓶、第二氮气瓶和第三氮气瓶并联与气液转换器的AIR端连接；

第一氮气瓶通过第一开关阀与气液转换器的AIR端连接，第二氮气瓶通过第二开关阀与气液转换器的AIR端连接，第三氮气瓶通过第三开关阀与气液转换器的AIR端连接。

可选地，蓄能器单元包括第一蓄能器和第二蓄能器；

第一蓄能器和第二蓄能器并联且与第七电磁换向阀的第二端连接。

可选地，主动补偿液压模块还包括第五电磁换向阀和第六电磁换向阀；

第五电磁换向阀的第一端分别与双向定量液压泵的a油口和第一电磁换向阀的第一端连接，第五电磁换向阀的第二端与第三蓄能器连接；

第六电磁换向阀的第一端分别与双向定量液压泵的b油口和第二电磁换向阀的第一端连接，第六电磁换向阀的第二端与第三蓄能器连接；

第五电磁换向阀和第六电磁换向阀均具有双线路，第五电磁换向阀和第六电磁换向阀的第一线路均为双向通路，第五电磁换向阀和第六电磁换向阀的第二线路为单向通路，第五电磁换向阀的第二线路为油液从第五电磁换向阀的第二端流向第五电磁换向阀的第一端，第六电磁换向阀的第二线路为油液从第六电磁换向阀的第二端流向第六电磁换向阀的第一端。

可选地，主动补偿液压模块还包括第一溢流阀和第二溢流阀；

第一溢流阀的进油口分别与双向定量液压泵的a油口和第一电磁换向阀的第一端连接，第一溢流阀的出油口与第三蓄能器连接；

第二溢流阀的进油口分别与双向定量液压泵的b油口和第二电磁换向阀的第一端连接，第二溢流阀的出油口与第三蓄能器连接。

可选地，第七电磁换向阀、第五电磁换向阀和第六电磁换向阀均为先导式两位两通电磁换向阀。

本发明还提供了一种泵控半主动船舶升沉补偿液压系统的控制方法，控制方法应用于上述的泵控半主动船舶升沉补偿液压系统，控制方法包括：

S1，控制器根据海浪信号得到海况等级，并对海况等级和运动状态进行判断，当海况等级小于等于设定等级且运动状态为下沉时，执行S2，当海况等级小于等于设定等级且运动状态为上升时，执行S3，当海况等级大于设定等级且运动状态为下沉时，执行S4，当海况等级大于设定等级且运动状态为上升时，执行S5；

S2，控制器控制开关阀单元连通、第七电磁换向阀在第一线路、第四电磁换向阀在第一线路、第一电磁换向阀在第一线路、第二电磁换向阀在第一线路和第三电磁换向阀在第二线路；

蓄能器单元中的油液经过第七电磁换向阀从被动补偿非对称液压缸的C口进入被动补偿非对称液压缸的有杆腔，推动被动补偿非对称液压缸的液压杆收缩，被动补偿非对称液压缸的液压杆收缩带动被动补偿非对称液压缸的无杆腔中的油液从被动补偿非对称液压缸的D口流出，经过第四电磁换向阀进入气液转换器的OIL端，带动气液转换器中的换向板向AIR端运动，气液转换器的AIR端内的氮气经过开关阀单元充入氮气瓶单元中；

控制器根据位移和力控制伺服电机驱动双向定量液压泵，双向定量液压泵将b油口的油液依次经过a油口和第一电磁换向阀从主动补偿非对称液压缸的A口进入主动补偿非对称液压缸的无杆腔中，带动主动补偿非对称液压缸的液压杆伸出；主动补偿非对称液压缸的有杆腔内的油液从主动补偿非对称液压缸的B口流出，经过第二电磁换向阀流到双向定量液压泵的b油口，此时，第一液控单向阀的流向为从第一液控单向阀的第一端流向第一液控单向阀的第二端，第二液控单向阀的流向为从第二液控单向阀的第二端到第二液控单向阀的第一端，第三蓄能器中的油液分别经过第二单向阀和第二液控单向阀流到双向定量液压泵的b油口；

S3，控制器控制开关阀单元连通、第七电磁换向阀在第二线路、第四电磁换向阀在第一线路、第一电磁换向阀在第一线路、第二电磁换向阀在第一线路和第三电磁换向阀在第二线路；

氮气瓶单元中的氮气经过开关阀单元进入气液转换器的AIR端，带动气液转换器中的换向板向OIL端运动，气液转换器的OIL端的油液经过第四电磁换向阀从被动补偿非对称液压缸的D口进入被动补偿非对称液压缸的无杆腔，推动被动补偿非对称液压缸的液压杆伸出，被动补偿非对称液压缸的液压杆伸出带动被动补偿非对称液压缸的有杆腔中的油液从被动补偿非对称液压缸的C口流出经过第七电磁换向阀进入蓄能器单元；

控制器根据位移和力控制伺服电机驱动双向定量液压泵，双向定量液压泵将a油口的油液依次经过b油口和第二电磁换向阀从主动补偿非对称液压缸的B口进入主动补偿非对称液压缸的有杆腔中，带动主动补偿非对称液压缸的液压杆收缩；主动补偿非对称液压缸的无杆腔内的油液从主动补偿非对称液压缸的A口流出，经过第一电磁换向阀流到双向定量液压泵的a油口，此时，第一液控单向阀的流向为从第一液控单向阀的第一端流向第一液控单向阀的第二端，第二液控单向阀的流向为从第二液控单向阀的第二端到第二液控单向阀的第一端，主动补偿非对称液压缸的无杆腔中的油液从主动补偿非对称液压缸的A口依次经过第一电磁换向阀、第一液控单向阀、第二液控单向阀和第二电磁换向阀从主动补偿非对称液压缸的B口进入主动补偿非对称液压缸的有杆腔；

S4，控制器控制开关阀单元连通、第七电磁换向阀在第一线路、第四电磁换向阀在第一线路、第一电磁换向阀在第一线路、第二电磁换向阀在第二线路和第三电磁换向阀在第一线路；

蓄能器单元中的油液经过第七电磁换向阀从被动补偿非对称液压缸的C口进入被动补偿非对称液压缸的有杆腔，推动被动补偿非对称液压缸的液压杆收缩，被动补偿非对称液压缸的液压杆收缩带动被动补偿非对称液压缸的无杆腔中的油液从被动补偿非对称液压缸的D口流出，经过第四电磁换向阀进入气液转换器的OIL端，带动气液转换器中的换向板向AIR端运动，气液转换器的AIR端内的氮气充入氮气瓶单元中；

控制器根据位移和力控制伺服电机驱动双向定量液压泵，双向定量液压泵将b油口的油液依次经过a油口和第一电磁换向阀从主动补偿非对称液压缸的A口进入主动补偿非对称液压缸的无杆腔中，带动主动补偿非对称液压缸的液压杆伸出；主动补偿非对称液压缸的有杆腔内的油液从主动补偿非对称液压缸的B口流出，经过第三电磁换向阀流到主动补偿非对称液压缸的A口进入主动补偿非对称液压缸的无杆腔，此时，第一液控单向阀的流向为从第一液控单向阀的第一端流向第一液控单向阀的第二端，第二液控单向阀的流向为从第二液控单向阀的第二端到第二液控单向阀的第一端，第三蓄能器中的油液分别经过第二单向阀和第二液控单向阀流到双向定量液压泵的b油口；

S5，控制器控制开关阀单元连通、第七电磁换向阀在第二线路、第四电磁换向阀在第一线路、第一电磁换向阀在第二线路、第二电磁换向阀在第一线路和第三电磁换向阀在第一线路；

氮气瓶单元中的氮气经过开关阀单元进入气液转换器的AIR端，带动气液转换器中的换向板向OIL端运动，气液转换器的OIL端的油液经过第四电磁换向阀从被动补偿非对称液压缸的D口进入被动补偿非对称液压缸的无杆腔，推动被动补偿非对称液压缸的液压杆伸出，被动补偿非对称液压缸的液压杆伸出带动被动补偿非对称液压缸的有杆腔中的油液从被动补偿非对称液压缸的C口流出经过第七电磁换向阀进入蓄能器单元；

控制器根据位移和力控制伺服电机驱动双向定量液压泵，双向定量液压泵将a油口的油液依次经过b油口和第二电磁换向阀从主动补偿非对称液压缸的B口进入主动补偿非对称液压缸的有杆腔中，带动主动补偿非对称液压缸的液压杆收缩；主动补偿非对称液压缸的无杆腔内的油液从主动补偿非对称液压缸的A口流出，经过第三电磁换向阀流到主动补偿非对称液压缸的B口进入主动补偿非对称液压缸的有杆腔，此时，第一液控单向阀的流向为从第一液控单向阀的第二端流向第一液控单向阀的第一端，第二液控单向阀的流向为从第二液控单向阀的第一端到第二液控单向阀的第二端，第三蓄能器中的油液分别经过第一单向阀和第一液控单向阀流到双向定量液压泵的a油口。

本发明的效果如下：

本发明泵控半主动船舶升沉补偿液压系统，融合了被动补偿和主动补偿的优点，极大提高了补偿精度和效率；采用电液伺服泵控方式，不仅控制精度高，还具有集成度高、抗污染能力强、设备维护成本低、高效节能的优点。

本发明泵控半主动船舶升沉补偿液压系统，结构紧凑，由第一液控单向阀和第二液控单向阀组成的位置保持单元，有效地解决了非对称缸的流量非对称问题，提高了系统的控制精度，同时由第五电磁换向阀和第六电磁换向阀组成的保障模块，提高了系统的稳定性。

本发明泵控半主动船舶升沉补偿液压系统，采用气液转换器与蓄能器搭配使用，气液转换器作为被动补偿的动力模块，在被动补偿期间，气液转换器将气体高压转换为液体高压，储存的液压能量作为一个施加力可以在较短的时间内释放，同时配合蓄能器，能以最优化的方式控制液压杆动作。

附图说明

图1是本发明泵控半主动船舶升沉补偿液压系统结构图；

图2是本发明泵控半主动船舶升沉补偿液压系统功能模块图。

图中：1、氮气瓶单元；2、蓄能器单元；3、气液转换器；4、第七电磁换向阀；5、第四电磁换向阀；6、被动补偿非对称液压缸；7、第一氮气瓶；8、第二氮气瓶；9、第三氮气瓶；10、第一开关阀；11、第二开关阀；12、第三开关阀；13、第一蓄能器；14、第二蓄能器；15、第三蓄能器；16、伺服电机；17、双向定量液压泵；18、第一单向阀；19、第二单向阀；20、第一液控单向阀；21、第二液控单向阀；22、主动补偿非对称液压缸；23、第一电磁换向阀；24、第二电磁换向阀；25、第三电磁换向阀；26、第一压力传感器；27、第二压力传感器；28、第五电磁换向阀；29、第六电磁换向阀；30、第一溢流阀；31、第二溢流阀；32、开关阀单元；33、控制器；34、运动传感器；35、位移传感器；36、力传感器。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

如图1和图2所示，本发明提供了一种泵控半主动船舶升沉补偿液压系统，其包括：主动补偿液压模块、被动补偿液压模块、传感器模块、控制器33和运动传感器34。

运动传感器34用于获取海浪信号和船舶的运动状态并发送至控制器33。

被动补偿液压模块包括氮气瓶单元1、蓄能器单元2、气液转换器3、第七电磁换向阀4、第四电磁换向阀5和被动补偿非对称液压缸6。

氮气瓶单元1通过开关阀单元32与气液转换器3的AIR端连接，气液转换器3的OIL端与第四电磁换向阀5的第一端连接，第四电磁换向阀5的第二端与被动补偿非对称液压缸6的D口连接，被动补偿非对称液压缸6的C口与第七电磁换向阀4的第一端连接，第七电磁换向阀4的第二端与蓄能器单元2连接。

具体地，氮气瓶单元1包括第一氮气瓶7、第二氮气瓶8和第三氮气瓶9；开关阀单元32包括第一开关阀10、第二开关阀11和第三开关阀12。

第一氮气瓶7、第二氮气瓶8和第三氮气瓶9并联与气液转换器3的AIR端连接。

第一氮气瓶7通过第一开关阀10与气液转换器3的AIR端连接，第二氮气瓶8通过第二开关阀11与气液转换器3的AIR端连接，第三氮气瓶9通过第三开关阀12与气液转换器3的AIR端连接。

蓄能器单元2包括第一蓄能器13和第二蓄能器14。

第一蓄能器13和第二蓄能器14并联且与第七电磁换向阀4的第二端连接。

主动补偿液压模块包括第三蓄能器15、伺服电机16、双向定量液压泵17、第一单向阀18、第二单向阀19、第一液控单向阀20、第二液控单向阀21、主动补偿非对称液压缸22、第一电磁换向阀23、第二电磁换向阀24和第三电磁换向阀25。

伺服电机16与双向定量液压泵17通过联轴器同轴连接。

第一单向阀18的第一端、第一液控单向阀20的第一端和第一电磁换向阀23的第一端均与双向定量液压泵17的a油口连通。

第二单向阀19的第一端、第二液控单向阀21的第一端和第二电磁换向阀24的第一端均与双向定量液压泵17的b油口连通；第一单向阀18的流向为从第一单向阀18的第二端流向第一单向阀18的第一端，第二单向阀19的流向为从第二单向阀19的第二端流向第二单向阀19的第一端。

第一单向阀18的第二端、第一液控单向阀20的第二端、第二单向阀19的第二端、第二液控单向阀21的第二端和第三蓄能器15之间相互连通。

第一液控单向阀20的第一端通过第一电磁换向阀23与主动补偿非对称液压缸22的A口连接，第二液控单向阀21的第一端通过第二电磁换向阀24与主动补偿非对称液压缸22的B口连接；第一液控单向阀20的控制油路与主动补偿非对称液压缸22的B口连接，第二液控单向阀21的控制油路与主动补偿非对称液压缸22的A口连接；当控制油路未接通压力油液时，压力油液只从第二端流向第一端，不能反向流动。若第一端的压力大于第二端的压力就能使油液反向流动，使用双向液控单向阀锁回路，可解决非对称液压缸流量非对称问题，从而保证液压杆的准确位置控制。

第一电磁换向阀23的第二端和第三电磁换向阀25的第一端均与主动补偿非对称液压缸22的A口连接，第二电磁换向阀24的第二端和第三电磁换向阀25的第二端均与主动补偿非对称液压缸22的B口连接。

传感器模块包括第一压力传感器26、第二压力传感器27、位移传感器35和力传感器36。

第一压力传感器26设置在双向定量液压泵17的a油口与主动补偿非对称液压缸22的A口之间，第二压力传感器27设置在双向定量液压泵17的b油口与主动补偿非对称液压缸22的B口之间；位移传感器35设置在主动补偿非对称液压缸22的液压杆上，位移传感器35用于获取主动补偿非对称液压缸22的液压杆的位移并发送至控制器33；力传感器36设置在主动补偿非对称液压缸22的液压杆与被动补偿非对称液压缸6的液压杆的铰接处，力传感器36用于获取铰接处的力并发送至控制器33。第一压力传感器26和第二压力传感器27用于实时监测系统工作时压力状况，防止系统压力过载，保障系统安全运行。

第一电磁换向阀23、第二电磁换向阀24、第三电磁换向阀25、第一单向阀18、第二单向阀19、伺服电机16、第一压力传感器26、第二压力传感器27、第四电磁换向阀5、第七电磁换向阀4和氮气瓶单元1均与控制器33连接。

第一电磁换向阀23、第二电磁换向阀24、第三电磁换向阀25、第四电磁换向阀5和第七电磁换向阀4均具有双线路，第一电磁换向阀23、第二电磁换向阀24、第三电磁换向阀25、第四电磁换向阀5和第七电磁换向阀4的第一线路均为双向通路，第一电磁换向阀23、第二电磁换向阀24、第三电磁换向阀25和第四电磁换向阀5的第二线路为断路，第七电磁换向阀4的第二线路为单向通路，第七电磁换向阀4的第二线路为油液从被动补偿非对称液压缸6的C口流向蓄能器单元2。

优选地，主动补偿液压模块还包括第五电磁换向阀28和第六电磁换向阀29。

第五电磁换向阀28的第一端分别与双向定量液压泵17的a油口和第一电磁换向阀23的第一端连接，第五电磁换向阀28的第二端与第三蓄能器15连接。

第六电磁换向阀29的第一端分别与双向定量液压泵17的b油口和第二电磁换向阀24的第一端连接，第六电磁换向阀29的第二端与第三蓄能器15连接。第七电磁换向阀4、第五电磁换向阀28和第六电磁换向阀29均为先导式两位两通电磁换向阀。

第五电磁换向阀28和第六电磁换向阀29均具有双线路，第五电磁换向阀28和第六电磁换向阀29的第一线路均为双向通路，第五电磁换向阀28和第六电磁换向阀29的第二线路为单向通路，第五电磁换向阀28的第二线路为油液从第五电磁换向阀28的第二端流向第五电磁换向阀28的第一端，第六电磁换向阀29的第二线路为油液从第六电磁换向阀29的第二端流向第六电磁换向阀29的第一端。

因为受海浪的影响，船舶要随海浪进行升沉，这是一个频率非常大的过程，对于阀的寿命有一定影响，所以增加了第五电磁换向阀28和第六电磁换向阀29，作为备用油路。

进一步地，主动补偿液压模块还包括第一溢流阀30和第二溢流阀31。

第一溢流阀30的进油口分别与双向定量液压泵17的a油口和第一电磁换向阀23的第一端连接，第一溢流阀30的出油口与第三蓄能器15连接。

第二溢流阀31的进油口分别与双向定量液压泵17的b油口和第二电磁换向阀24的第一端连接，第二溢流阀31的出油口与第三蓄能器15连接。第一溢流阀30和第二溢流阀31可防止压力过载，起到保护系统作用。当需要卸荷时，第一溢流阀30和第二溢流阀31打开，将油液溢流回第三蓄能器15，使系统压力维持在安全范围之内，确保系统压力不过载，确保系统安全运行。

本发明还提供了一种泵控半主动船舶升沉补偿液压系统的控制方法，该控制方法应用于上述的泵控半主动船舶升沉补偿液压系统，控制方法包括：

S1，控制器33根据海浪信号得到海况等级，并对海况等级和运动状态进行判断，当海况等级小于等于设定等级且运动状态为下沉时，执行S2，当海况等级小于等于设定等级且运动状态为上升时，执行S3，当海况等级大于设定等级且运动状态为下沉时，执行S4，当海况等级大于设定等级且运动状态为上升时，执行S5。

S2，控制器33控制开关阀单元32连通、第七电磁换向阀4在第一线路、第四电磁换向阀5在第一线路、第一电磁换向阀23在第一线路、第五电磁换向阀28在第二线路、第六电磁换向阀29在第二线路、第二电磁换向阀24在第一线路和第三电磁换向阀25在第二线路。

蓄能器单元2中的油液经过第七电磁换向阀4从被动补偿非对称液压缸6的C口进入被动补偿非对称液压缸6的有杆腔，推动被动补偿非对称液压缸6的液压杆收缩，被动补偿非对称液压缸6的液压杆收缩带动被动补偿非对称液压缸6的无杆腔中的油液从被动补偿非对称液压缸6的D口流出，经过第四电磁换向阀5进入气液转换器3的OIL端，带动气液转换器3中的换向板向AIR端运动，气液转换器3的AIR端内的氮气经过开关阀单元32充入氮气瓶单元1中。

控制器33根据位移和力控制伺服电机16驱动双向定量液压泵17，双向定量液压泵17将b油口的油液依次经过a油口和第一电磁换向阀23从主动补偿非对称液压缸22的A口进入主动补偿非对称液压缸22的无杆腔中，带动主动补偿非对称液压缸22的液压杆伸出；主动补偿非对称液压缸22的有杆腔内的油液从主动补偿非对称液压缸22的B口流出，经过第二电磁换向阀24流到双向定量液压泵17的b油口，此时，第一液控单向阀20的流向为从第一液控单向阀20的第一端流向第一液控单向阀20的第二端，第二液控单向阀21的流向为从第二液控单向阀21的第二端到第二液控单向阀21的第一端，第三蓄能器15中的油液分别经过第二单向阀19和第二液控单向阀21流到双向定量液压泵17的b油口。控制器33基于闭环控制来控制伺服电机16，通过反馈的位移和力的信号来调节伺服电机16的转速和转矩。例如，使用PID控制器来调节伺服电机的速度和扭矩，以实现精确的控制。

S3，控制器33控制开关阀单元32连通、第七电磁换向阀4在第二线路、第四电磁换向阀5在第一线路、第一电磁换向阀23在第一线路、第五电磁换向阀28在第二线路、第六电磁换向阀29在第二线路、第二电磁换向阀24在第一线路和第三电磁换向阀25在第二线路。

氮气瓶单元1中的氮气经过开关阀单元32进入气液转换器3的AIR端，带动气液转换器3中的换向板向OIL端运动，气液转换器3的OIL端的油液经过第四电磁换向阀5从被动补偿非对称液压缸6的D口进入被动补偿非对称液压缸6的无杆腔，推动被动补偿非对称液压缸6的液压杆伸出，被动补偿非对称液压缸6的液压杆伸出带动被动补偿非对称液压缸6的有杆腔中的油液从被动补偿非对称液压缸6的C口流出经过第七电磁换向阀4进入蓄能器单元2。

控制器33根据位移和力控制伺服电机16驱动双向定量液压泵17，双向定量液压泵17将a油口的油液依次经过b油口和第二电磁换向阀24从主动补偿非对称液压缸22的B口进入主动补偿非对称液压缸22的有杆腔中，带动主动补偿非对称液压缸22的液压杆收缩；主动补偿非对称液压缸22的无杆腔内的油液从主动补偿非对称液压缸22的A口流出，经过第一电磁换向阀23流到双向定量液压泵17的a油口，此时，第一液控单向阀20的流向为从第一液控单向阀20的第一端流向第一液控单向阀20的第二端，第二液控单向阀21的流向为从第二液控单向阀21的第二端到第二液控单向阀21的第一端，主动补偿非对称液压缸22的无杆腔中的油液从主动补偿非对称液压缸22的A口依次经过第一电磁换向阀23、第一液控单向阀20、第二液控单向阀21和第二电磁换向阀24从主动补偿非对称液压缸22的B口进入主动补偿非对称液压缸22的有杆腔。

S4，控制器33控制开关阀单元32连通、第七电磁换向阀4在第一线路、第四电磁换向阀5在第一线路、第一电磁换向阀23在第一线路、第五电磁换向阀28在第二线路、第六电磁换向阀29在第二线路、第二电磁换向阀24在第二线路和第三电磁换向阀25在第一线路。

蓄能器单元2中的油液经过第七电磁换向阀4从被动补偿非对称液压缸6的C口进入被动补偿非对称液压缸6的有杆腔，推动被动补偿非对称液压缸6的液压杆收缩，被动补偿非对称液压缸6的液压杆收缩带动被动补偿非对称液压缸6的无杆腔中的油液从被动补偿非对称液压缸6的D口流出，经过第四电磁换向阀5进入气液转换器3的OIL端，带动气液转换器3中的换向板向AIR端运动，气液转换器3的AIR端内的氮气充入氮气瓶单元1中。

控制器33根据位移和力控制伺服电机16驱动双向定量液压泵17，双向定量液压泵17将b油口的油液依次经过a油口和第一电磁换向阀23从主动补偿非对称液压缸的A口进入主动补偿非对称液压缸的无杆腔中，带动主动补偿非对称液压缸22的液压杆伸出；主动补偿非对称液压缸22的有杆腔内的油液从主动补偿非对称液压缸22的B口流出，经过第三电磁换向阀25流到主动补偿非对称液压缸22的A口进入主动补偿非对称液压缸22的无杆腔，此时，第一液控单向阀20的流向为从第一液控单向阀20的第一端流向第一液控单向阀20的第二端，第二液控单向阀21的流向为从第二液控单向阀21的第二端到第二液控单向阀21的第一端，第三蓄能器15中的油液分别经过第二单向阀19和第二液控单向阀21流到双向定量液压泵17的b油口。

S5，控制器33控制开关阀单元32连通、第七电磁换向阀4在第二线路、第四电磁换向阀5在第一线路、第一电磁换向阀23在第二线路、第五电磁换向阀28在第二线路、第六电磁换向阀29在第二线路、第二电磁换向阀24在第一线路和第三电磁换向阀25在第一线路。

氮气瓶单元中的氮气经过开关阀单元进入气液转换器的AIR端，带动气液转换器中的换向板向OIL端运动，气液转换器的OIL端的油液经过第四电磁换向阀从被动补偿非对称液压缸6的D口进入被动补偿非对称液压缸6的无杆腔，推动被动补偿非对称液压缸6的液压杆伸出，被动补偿非对称液压缸6的液压杆伸出带动被动补偿非对称液压缸6的有杆腔中的油液从被动补偿非对称液压缸6的C口流出经过第七电磁换向阀4进入蓄能器单元2。

控制器33根据位移和力控制伺服电机16驱动双向定量液压泵17，双向定量液压泵17将a油口的油液依次经过b油口和第二电磁换向阀24从主动补偿非对称液压缸22的B口进入主动补偿非对称液压缸22的有杆腔中，带动主动补偿非对称液压缸22的液压杆收缩；主动补偿非对称液压缸22的无杆腔内的油液从主动补偿非对称液压缸22的A口流出，经过第三电磁换向阀25流到主动补偿非对称液压缸22的B口进入主动补偿非对称液压缸22的有杆腔，此时，第一液控单向阀20的流向为从第一液控单向阀20的第二端流向第一液控单向阀20的第一端，第二液控单向阀21的流向为从第二液控单向阀21的第一端到第二液控单向阀21的第二端，第三蓄能器15中的油液分别经过第一单向阀18和第一液控单向阀20流到双向定量液压泵17的a油口。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种泵控半主动船舶升沉补偿液压系统，其特征在于，其包括：主动补偿液压模块、被动补偿液压模块、传感器模块、控制器和运动传感器；

运动传感器用于获取海浪信号和船舶的运动状态并发送至控制器；

被动补偿液压模块包括氮气瓶单元、蓄能器单元、气液转换器、第七电磁换向阀、第四电磁换向阀和被动补偿非对称液压缸；

氮气瓶单元通过开关阀单元与气液转换器的AIR端连接，气液转换器的OIL端与第四电磁换向阀的第一端连接，第四电磁换向阀的第二端与被动补偿非对称液压缸的D口连接，被动补偿非对称液压缸的C口与第七电磁换向阀的第一端连接，第七电磁换向阀的第二端与蓄能器单元连接；

主动补偿液压模块包括第三蓄能器、伺服电机、双向定量液压泵、第一单向阀、第二单向阀、第一液控单向阀、第二液控单向阀、主动补偿非对称液压缸、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀和第三电磁换向阀；

伺服电机与双向定量液压泵通过联轴器同轴连接；

第一单向阀的第一端、第一液控单向阀的第一端和第一电磁换向阀的第一端均与双向定量液压泵的a油口连通；

第二单向阀的第一端、第二液控单向阀的第一端和第二电磁换向阀的第一端均与双向定量液压泵的b油口连通；第一单向阀的流向为从第一单向阀的第二端流向第一单向阀的第一端，第二单向阀的流向为从第二单向阀的第二端流向第二单向阀的第一端；

第一单向阀的第二端、第一液控单向阀的第二端、第二单向阀的第二端、第二液控单向阀的第二端和第三蓄能器之间相互连通；

第一电磁换向阀的第二端和第三电磁换向阀的第一端均与主动补偿非对称液压缸的A口连接，第二电磁换向阀的第二端和第三电磁换向阀的第二端均与主动补偿非对称液压缸的B口连接；

传感器模块包括第一压力传感器、第二压力传感器、位移传感器和力传感器；

第一压力传感器设置在双向定量液压泵的a油口与主动补偿非对称液压缸的A口之间，第二压力传感器设置在双向定量液压泵的b油口与主动补偿非对称液压缸的B口之间；位移传感器设置在主动补偿非对称液压缸的液压杆上，位移传感器用于获取主动补偿非对称液压缸的液压杆的位移并发送至控制器；力传感器设置在主动补偿非对称液压缸的液压杆与被动补偿非对称液压缸的液压杆的铰接处，力传感器用于获取铰接处的力并发送至控制器；

第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第一单向阀、第二单向阀、伺服电机、第一压力传感器、第二压力传感器、第四电磁换向阀、第七电磁换向阀和氮气瓶单元均与控制器连接；

第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第四电磁换向阀和第七电磁换向阀均具有双线路，第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第四电磁换向阀和第七电磁换向阀的第一线路均为双向通路，第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀和第四电磁换向阀的第二线路为断路，第七电磁换向阀的第二线路为单向通路，第七电磁换向阀的第二线路为油液从被动补偿非对称液压缸的C口流向蓄能器单元。

2.根据权利要求1所述的泵控半主动船舶升沉补偿液压系统，其特征在于，氮气瓶单元包括第一氮气瓶、第二氮气瓶和第三氮气瓶；开关阀单元包括第一开关阀、第二开关阀和第三开关阀；

第一氮气瓶、第二氮气瓶和第三氮气瓶并联与气液转换器的AIR端连接；

第一氮气瓶通过第一开关阀与气液转换器的AIR端连接，第二氮气瓶通过第二开关阀与气液转换器的AIR端连接，第三氮气瓶通过第三开关阀与气液转换器的AIR端连接。

3.根据权利要求1所述的泵控半主动船舶升沉补偿液压系统，其特征在于，蓄能器单元包括第一蓄能器和第二蓄能器；

第一蓄能器和第二蓄能器并联且与第七电磁换向阀的第二端连接。

4.根据权利要求1所述的泵控半主动船舶升沉补偿液压系统，其特征在于，主动补偿液压模块还包括第五电磁换向阀和第六电磁换向阀；

第五电磁换向阀的第一端分别与双向定量液压泵的a油口和第一电磁换向阀的第一端连接，第五电磁换向阀的第二端与第三蓄能器连接；

第六电磁换向阀的第一端分别与双向定量液压泵的b油口和第二电磁换向阀的第一端连接，第六电磁换向阀的第二端与第三蓄能器连接；

第五电磁换向阀和第六电磁换向阀均具有双线路，第五电磁换向阀和第六电磁换向阀的第一线路均为双向通路，第五电磁换向阀和第六电磁换向阀的第二线路为单向通路，第五电磁换向阀的第二线路为油液从第五电磁换向阀的第二端流向第五电磁换向阀的第一端，第六电磁换向阀的第二线路为油液从第六电磁换向阀的第二端流向第六电磁换向阀的第一端。

5.根据权利要求1所述的泵控半主动船舶升沉补偿液压系统，其特征在于，主动补偿液压模块还包括第一溢流阀和第二溢流阀；

第一溢流阀的进油口分别与双向定量液压泵的a油口和第一电磁换向阀的第一端连接，第一溢流阀的出油口与第三蓄能器连接；

第二溢流阀的进油口分别与双向定量液压泵的b油口和第二电磁换向阀的第一端连接，第二溢流阀的出油口与第三蓄能器连接。

6.根据权利要求4所述的泵控半主动船舶升沉补偿液压系统，其特征在于，第七电磁换向阀、第五电磁换向阀和第六电磁换向阀均为先导式两位两通电磁换向阀。

7.一种泵控半主动船舶升沉补偿液压系统的控制方法，所述控制方法应用于权利要求1-6任意一项所述的泵控半主动船舶升沉补偿液压系统，其特征在于，控制方法包括：

S1，控制器根据海浪信号得到海况等级，并对海况等级和运动状态进行判断，当海况等级小于等于设定等级且运动状态为下沉时，执行S2，当海况等级小于等于设定等级且运动状态为上升时，执行S3，当海况等级大于设定等级且运动状态为下沉时，执行S4，当海况等级大于设定等级且运动状态为上升时，执行S5；

S2，控制器控制开关阀单元连通、第七电磁换向阀在第一线路、第四电磁换向阀在第一线路、第一电磁换向阀在第一线路、第二电磁换向阀在第一线路和第三电磁换向阀在第二线路；

蓄能器单元中的油液经过第七电磁换向阀从被动补偿非对称液压缸的C口进入被动补偿非对称液压缸的有杆腔，推动被动补偿非对称液压缸的液压杆收缩，被动补偿非对称液压缸的液压杆收缩带动被动补偿非对称液压缸的无杆腔中的油液从被动补偿非对称液压缸的D口流出，经过第四电磁换向阀进入气液转换器的OIL端，带动气液转换器中的换向板向AIR端运动，气液转换器的AIR端内的氮气经过开关阀单元充入氮气瓶单元中；

控制器根据位移和力控制伺服电机驱动双向定量液压泵，双向定量液压泵将b油口的油液依次经过a油口和第一电磁换向阀从主动补偿非对称液压缸的A口进入主动补偿非对称液压缸的无杆腔中，带动主动补偿非对称液压缸的液压杆伸出；主动补偿非对称液压缸的有杆腔内的油液从主动补偿非对称液压缸的B口流出，经过第二电磁换向阀流到双向定量液压泵的b油口，此时，第一液控单向阀的流向为从第一液控单向阀的第一端流向第一液控单向阀的第二端，第二液控单向阀的流向为从第二液控单向阀的第二端到第二液控单向阀的第一端，第三蓄能器中的油液分别经过第二单向阀和第二液控单向阀流到双向定量液压泵的b油口；

S3，控制器控制开关阀单元连通、第七电磁换向阀在第二线路、第四电磁换向阀在第一线路、第一电磁换向阀在第一线路、第二电磁换向阀在第一线路和第三电磁换向阀在第二线路；

氮气瓶单元中的氮气经过开关阀单元进入气液转换器的AIR端，带动气液转换器中的换向板向OIL端运动，气液转换器的OIL端的油液经过第四电磁换向阀从被动补偿非对称液压缸的D口进入被动补偿非对称液压缸的无杆腔，推动被动补偿非对称液压缸的液压杆伸出，被动补偿非对称液压缸的液压杆伸出带动被动补偿非对称液压缸的有杆腔中的油液从被动补偿非对称液压缸的C口流出经过第七电磁换向阀进入蓄能器单元；

控制器根据位移和力控制伺服电机驱动双向定量液压泵，双向定量液压泵将a油口的油液依次经过b油口和第二电磁换向阀从主动补偿非对称液压缸的B口进入主动补偿非对称液压缸的有杆腔中，带动主动补偿非对称液压缸的液压杆收缩；主动补偿非对称液压缸的无杆腔内的油液从主动补偿非对称液压缸的A口流出，经过第一电磁换向阀流到双向定量液压泵的a油口，此时，第一液控单向阀的流向为从第一液控单向阀的第一端流向第一液控单向阀的第二端，第二液控单向阀的流向为从第二液控单向阀的第二端到第二液控单向阀的第一端，主动补偿非对称液压缸的无杆腔中的油液从主动补偿非对称液压缸的A口依次经过第一电磁换向阀、第一液控单向阀、第二液控单向阀和第二电磁换向阀从主动补偿非对称液压缸的B口进入主动补偿非对称液压缸的有杆腔；

S4，控制器控制开关阀单元连通、第七电磁换向阀在第一线路、第四电磁换向阀在第一线路、第一电磁换向阀在第一线路、第二电磁换向阀在第二线路和第三电磁换向阀在第一线路；

蓄能器单元中的油液经过第七电磁换向阀从被动补偿非对称液压缸的C口进入被动补偿非对称液压缸的有杆腔，推动被动补偿非对称液压缸的液压杆收缩，被动补偿非对称液压缸的液压杆收缩带动被动补偿非对称液压缸的无杆腔中的油液从被动补偿非对称液压缸的D口流出，经过第四电磁换向阀进入气液转换器的OIL端，带动气液转换器中的换向板向AIR端运动，气液转换器的AIR端内的氮气充入氮气瓶单元中；

控制器根据位移和力控制伺服电机驱动双向定量液压泵，双向定量液压泵将b油口的油液依次经过a油口和第一电磁换向阀从主动补偿非对称液压缸的A口进入主动补偿非对称液压缸的无杆腔中，带动主动补偿非对称液压缸的液压杆伸出；主动补偿非对称液压缸的有杆腔内的油液从主动补偿非对称液压缸的B口流出，经过第三电磁换向阀流到主动补偿非对称液压缸的A口进入主动补偿非对称液压缸的无杆腔，此时，第一液控单向阀的流向为从第一液控单向阀的第一端流向第一液控单向阀的第二端，第二液控单向阀的流向为从第二液控单向阀的第二端到第二液控单向阀的第一端，第三蓄能器中的油液分别经过第二单向阀和第二液控单向阀流到双向定量液压泵的b油口；

S5，控制器控制开关阀单元连通、第七电磁换向阀在第二线路、第四电磁换向阀在第一线路、第一电磁换向阀在第二线路、第二电磁换向阀在第一线路和第三电磁换向阀在第一线路；

氮气瓶单元中的氮气经过开关阀单元进入气液转换器的AIR端，带动气液转换器中的换向板向OIL端运动，气液转换器的OIL端的油液经过第四电磁换向阀从被动补偿非对称液压缸的D口进入被动补偿非对称液压缸的无杆腔，推动被动补偿非对称液压缸的液压杆伸出，被动补偿非对称液压缸的液压杆伸出带动被动补偿非对称液压缸的有杆腔中的油液从被动补偿非对称液压缸的C口流出经过第七电磁换向阀进入蓄能器单元；

控制器根据位移和力控制伺服电机驱动双向定量液压泵，双向定量液压泵将a油口的油液依次经过b油口和第二电磁换向阀从主动补偿非对称液压缸的B口进入主动补偿非对称液压缸的有杆腔中，带动主动补偿非对称液压缸的液压杆收缩；主动补偿非对称液压缸的无杆腔内的油液从主动补偿非对称液压缸的A口流出，经过第三电磁换向阀流到主动补偿非对称液压缸的B口进入主动补偿非对称液压缸的有杆腔，此时，第一液控单向阀的流向为从第一液控单向阀的第二端流向第一液控单向阀的第一端，第二液控单向阀的流向为从第二液控单向阀的第一端到第二液控单向阀的第二端，第三蓄能器中的油液分别经过第一单向阀和第一液控单向阀流到双向定量液压泵的a油口。