主動式電動波浪補償起重機的控制系統和控制方法與流程

本發明涉及海上起重機領域，尤其涉及一種波浪補償起重機的控制系統和控制方法，該起重機適用于海面吊裝與水下安裝。

背景技術：

隨著現代海洋工程的大力發展，各種安裝于工程船、鉆井平臺等海洋浮動體上的起重機也應用越來越多。由于海浪等因素的干擾，使安裝于浮動體上的起重機也受到干擾，進一步引起相關的起升負載載荷產生相應的干擾運動,從而危及到整個吊裝作業的安仝性與精確性。

波浪補償是指因海面起伏引起作業裝備產生波動而進行的補償校正。波浪補償技術主要應用于海上補給，海洋鉆井、深海探測等方面。通過波浪補償能夠大大增強操作人員和吊裝設備的安全性以及保證水下安裝的精準性，同時減少因為天氣因素而帶來的作業停工。例如，申請號為CN201210219968.4的中國專利文件提供了一種主動升沉波浪補償控制系統，包括：起升卷筒、船舶姿態運動傳感器、絕對值編碼器、張力傳感器和補償設備。起升卷筒安裝在離岸起重機上，通過鋼絲繩繞過支臂前端的懸掛支點吊裝負載，負載浸沒于水面下。船舶姿態運動傳感器實時檢測船舶升沉運動。絕對值編碼器實時檢測起升卷筒的運動狀況。張力傳感器實時檢測鋼絲繩的動態張力。補償設備連接到船舶姿態運動傳感器、絕對值編碼器和張力傳感器，補償設備基于歷史數據和實時檢測的船舶升沉運動、升卷筒的運動狀況和鋼絲繩的動態張力的數據計算預測參數，并基于預測參數施加補償電壓于起升卷筒。本發明還揭示了一種主動升沉波浪補償控制方法。

基于以上優點，有必要設計一種主動式升沉波浪補償起重機。目前國際上的主動式波浪補償起重機的控制系統主要采用液壓驅動控制，例如申請號為CN200910056001.7的專利文獻就提供了一種超大型浮吊的重載打撈波浪補償系統，包括機械系統、液壓系統、監控系統以及液壓油缸和蓄能器的控制等，機械系統由起升卷筒、各套滑輪、鋼絲繩、大噸位吊鉤組成；液壓系統由油缸、蓄能器、液壓油泵、液壓閥組成；監控系統由浮吊本體位移監測、浮吊船體位移監測、浮吊起吊重物位移監測組成。本發明解決了超大型浮吊重載打撈時、重物被吊出水面的瞬間，由于重物體積龐大，海水形成渦流使浮吊船體船傾且搖擺不定，而吊重也隨之搖擺，無法控制的問題；以及解決海上吊裝大型結構時，波浪對浮吊船體影響導致的海上平臺對接困難問題，保證貨物著落到船甲板安全或海洋平臺安裝安全；而且允許船有一定的傾斜，適應海上作業的惡劣工況。

然而，上述的液壓驅動控制系統和油缸驅動系統具有結構復雜，效率較低，能耗較大等問題。本發明針對上述起重機驅動控制系統的缺點，提出了一種主動式電動波浪補償起重機的控制系統和控制方法。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種主動式電動波浪補償起重機的控制系統，起重機固定于離岸母船上，包括卷筒系統、臂架系統和控制臂架系統的人工操作手柄，卷筒系統包括波浪補償卷筒、多個驅動波浪補償卷筒轉動的電動機和圍繞波浪補償卷筒的吊裝繩，吊裝繩連接波浪補償卷筒和臂架系統，其長度隨著波浪補償卷筒的轉動而伸縮，從而控制臂架系統的運動姿態，控制系統包括：波浪補償計算裝置，用于實時采集離岸母船當前的運動數據，并根據運動數據計算波浪補償數據；手柄數據轉換裝置，將人工操作手柄輸入的指令轉換為手柄數據；卷筒控制器，用于實時采集波浪補償卷筒當前的起升限位數據和驅動狀態數據，并根據接收到的驅動命令控制電動機運轉；中央控制器，用于讀取波浪補償數據和手柄數據，將波浪補償數據和手柄數據疊加計算得到合成轉速，并讀取卷筒控制器中的起升限位數據和驅動狀態數據來對起重機的當前運動狀態進行判斷，如果當前運動狀態正常，則向卷筒控制器發送包含合成轉速的驅動命令，以驅動電動機運轉；如果當前運動狀態不正常，則向卷筒控制器發出停機命令，以終止電動機運轉。

優選地，電動機采用永磁同步大扭矩電機。

進一步地，卷筒系統位于離岸母船的船艙內，臂架系統包括起重機臂架、擺動滑輪、改向滑輪和用于吊裝重物的吊鉤，吊裝繩依次連接波浪補償卷筒、擺動滑輪、改向滑輪和吊鉤，其長度隨著波浪補償卷筒的轉動而伸縮，從而控制臂架系統的運動姿態。

進一步地，臂架系統上還設有臂架控制器和與臂架控制器相連接的臂架編碼器，臂架編碼器用于記錄起重機臂架的俯仰角度，從而計算出臂架系統的幅度數據；臂架控制器讀取幅度數據并將之傳輸給中央控制器。

優選地，起重機臂架包括固定于離岸母船的的下筒體、與下筒體通過回轉裝置連接的上筒體、安裝于上筒體的主臂架和與主臂架連接的副臂架；其中，回轉裝置內設有回轉驅動裝置和回轉編碼器，回轉編碼器用于記錄上筒體相對于離岸母船的回轉角度，并通過臂架控制器將回轉角度傳輸給中央控制器。

進一步地，回轉驅動裝置采用液壓驅動。

優選地，卷筒系統的電動機連接于多個逆變器構成的逆變器單元，逆變器單元與卷筒控制器相連接，其中，多個逆變器分別與多個電動機一一對應連接，且多個逆變器共同使用一根直流母線，直流母線連接于外部電源。

進一步地，逆變器單元通過現場總線或者工業以太網與卷筒控制器進行數據傳輸。

優選地，卷筒系統還包括整流變壓器和將交流電轉換為直流電的整流單元，整流變壓器通過直流母線連接整流單元前端，整流單元后端通過直流母線與逆變器單元連接。

進一步地，卷筒系統還包括整流單元控制器，用于采集整流單元的運行參數，并將運行參數通過卷筒控制器傳輸給中央控制器。

優選地，卷筒系統還包括卷筒編碼器，用于計算波浪補償卷筒的轉速和圈數，卷筒編碼器通過卷筒控制器連接于中央控制器，并將轉速和圈數通過卷筒控制器傳輸給中央控制器。

進一步地，卷筒系統還設有相互連接的電容模塊和電容模塊控制器，電容模塊連接于直流母線上，用于補償或者吸收電動機的功率，電容模塊控制器通過卷筒控制器連接于中央控制器，并將電容模塊的功率信號傳輸給中央控制器。

優選地，卷筒系統還設有相互連接的鋰電池組模塊和電池組模塊控制器，鋰電池組模塊用于持續吸收電動機的再生能量，電池組模塊控制器通過卷筒控制器連接于中央控制器，并將鋰電池組模塊的功率信號傳輸給中央控制器。

進一步地，卷筒系統還設有相互連接的制動電阻模塊和電阻模塊控制器，制動電阻用于消耗電動機的多余的且無法被電容模塊或鋰電池組模塊吸收的再生能量，電阻模塊控制器通過卷筒控制器連接于中央控制器，并將制動電阻模塊的功率信號傳輸給中央控制器。

優選地，逆變器單元、電動機和制動電阻模塊分別連接于外部的淡水冷卻設備來進行熱交換，中央控制器連接于淡水冷卻設備，并對淡水冷卻設備中的水溫和流量進行實時監控。

卷筒系統進一步地，控制系統還包括連接于波浪補償計算裝置的運動參考單元，運動參考單元用于實時測量離岸母船的升沉信號，并將升沉信號傳輸給波浪補償計算裝置。

優選地，波浪補償計算裝置是根據設定的主動升沉補償算法和接收到的升沉信號來計算得到波浪補償數據的。

進一步地，臂架系統上還裝載有重量傳感器，用于檢測吊裝繩上的負載重量；控制系統還包括力矩限制器系統，用于采集負載重量數據和計算預定方向的額定載重量，當負載重量超過預設比例的額定載重量時，力矩限制系統報警并向中央控制器發出限制運行信號，以限制起重機繼續向預定方向運行。

優選地，還包括起重機管理系統，起重機管理系統與中央控制器連接，用于接收和存儲中央控制器的數據信息。

進一步地，起重機管理系統包括顯示屏，用于顯示中央控制器的數據信息。

優選地，顯示屏為觸摸屏，并且設有人工調試界面，用于輸入人工調試參數信息。

進一步地，起重機管理系統還包括記錄模塊，用于按照設定的時間間隔來記錄起重機的運行過程的操作內容、操作人員、操作時間和實時運行參數信息。

優選地，中央控制器通過現場總線或者工業以太網與起重機的各個部分進行數據傳輸。

進一步地，卷筒控制器通過光電轉換模塊連接于中央控制器。

本發明還公開了一種主動式電動波浪補償起重機的控制方法，起重機固定于離岸母船上，包括卷筒系統、臂架系統和控制臂架系統的人工操作手柄，卷筒系統包括波浪補償卷筒、多個驅動波浪補償卷筒轉動的電動機和圍繞波浪補償卷筒的吊裝繩，吊裝繩連接波浪補償卷筒和臂架系統，其長度隨著波浪補償卷筒的轉動而伸縮，從而控制臂架系統的運動姿態，控制方法包括以下步驟：波浪補償計算，實時采集離岸母船當前的運動數據，并根據運動數據計算波浪補償數據；手柄數據轉換，將人工操作手柄輸入的指令轉換為手柄數據；疊加計算，將波浪補償數據和手柄數據疊加計算得到合成轉速；狀態判斷，實時采集波浪補償卷筒當前的起升限位數據和驅動狀態數據，并對起重機的當前運動狀態進行判斷；下發命令，如果當前運動狀態正常，則發出包含合成轉速的驅動命令以驅動電動機運轉；如果當前運動狀態不正常，則發出停機命令以終止電動機運轉。

進一步地，波浪補償計算是根據設定的主動升沉補償算法來計算得到波浪補償數據的。

優選地，臂架系統上還裝載有重量傳感器，用于檢測吊裝繩上的負載重量；控制方法還包括：采集負載重量數據并計算預定方向的額定載重量，當負載重量超過預設比例的額定載重量時則發出限制運行信號，以限制起重機繼續向預定方向運行。

如上，利用本發明的主動式電動波浪補償起重機的控制系統和控制方法，結構簡單，相對于傳統的液壓驅動控制系統大大提高了驅動效率，并同時減小了能源損耗，且應用了超級電容和鋰電池來提供波浪補償時的能量，有效降低了船舶發電機的裝機功率，具有很高的實用價值。

為讓本發明的上述內容能更明顯易懂，下文特舉優選實施例，并結合附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

圖1為本發明的第一實施例中的主動式電動波浪補償起重機的控制系統的模塊連接圖；

圖2為本發明的第二、第三和第四實施例中的主動式電動波浪補償起重機的控制系統整體模塊連接圖；

圖3-1為本發明的第二實施例中的折臂式波浪補償起重機的結構示意圖；

圖3-2為本發明的吊裝繩的出繩角度示意圖；

圖4為本發明的第二、第三和第四實施例中的卷筒系統10的內部模塊連接示意圖

圖5為本發明的第三實施例的人字架式的波浪補償起重機的結構示意圖；

圖6為本發明的第四實施例的浮式波浪補償起重機的結構示意圖；

圖7為本發明的第五實施例的主動式電動波浪補償起重機的控制方法流程圖。

具體實施方式

以下由特定的具體實施例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭示的內容輕易地了解本發明的其他優點及功效。雖然本發明的描述將結合較佳實施例一起介紹，但這并不代表此發明的特征僅限于該實施方式。恰恰相反，結合實施方式作發明介紹的目的是為了覆蓋基于本發明的權利要求而有可能延伸出的其它選擇或改造。為了提供對本發明的深度了解，以下描述中將包含許多具體的細節。本發明也可以不使用這些細節實施。此外，為了避免混亂或模糊本發明的重點，有些具體細節將在描述中被省略。

另外，在以下的說明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“頂”、“底”，不應理解為對本發明的限制。

【第一實施例】

如附圖1中所示，本發明提供了一種主動式電動波浪補償起重機的控制系統，起重機固定于離岸母船上，包括卷筒系統、臂架系統和控制臂架系統的人工操作手柄，卷筒系統包括波浪補償卷筒、多個驅動波浪補償卷筒轉動的電動機和圍繞波浪補償卷筒的吊裝繩，吊裝繩依次連接波浪補償卷筒和臂架系統，其長度隨著波浪補償卷筒的轉動而伸縮，從而控制臂架系統的運動姿態，本發明第一實施例的控制系統包括：

波浪補償計算裝置101，用于實時采集離岸母船當前的運動數據，并根據運動數據計算波浪補償數據；

手柄數據轉換裝置102，將人工操作手柄輸入的指令轉換為手柄數據；

卷筒控制器103，用于實時采集波浪補償卷筒當前的起升限位數據和驅動狀態數據，并根據接收到的驅動命令控制電動機運轉；

中央控制器104，用于讀取波浪補償數據和手柄數據，將波浪補償數據和手柄數據疊加計算得到合成轉速，并讀取卷筒控制器103中的起升限位數據和驅動狀態數據來對起重機的當前運動狀態進行判斷，如果當前運動狀態正常，則向卷筒控制器發送包含合成轉速的驅動命令，以驅動電動機運轉；如果當前運動狀態不正常，則向卷筒控制器發出停機命令，以終止電動機運轉。

其中，起重機的運動狀態可以根據卷筒控制器103所采集的波浪補償卷筒的起升限位數據和驅動狀態數據來進行判斷，當起升限位數據和驅動狀態數據處于預定的正常數據范圍以內時，認為起重機的運動狀態正常，此時，中央控制器104向卷筒控制器103下發包含有合成轉速的驅動命令，驅動電動機運轉，電動機帶動波浪補償卷筒以合成轉速轉動；當起升限位數據和驅動狀態數據超出預定的正常數據范圍時，認為起重機的運動狀態不正常，可能發生超速、緊急停機等狀況，此時，中央控制器104向卷筒控制器103下發停機命令，以終止電動機運轉，使得波浪補償卷筒停止轉動。

優選地，電動機采用永磁同步大扭矩電動機。此種電動機具有以下特點：1.低速大扭矩，能夠減小機械減速箱的傳動比；2.結構緊湊，其長度和體積相比于同功率的交流異步電動機小很多；3.需要使用水冷卻，從而能夠滿足在船艙內安裝的要求。

進一步地，卷筒系統可以將起重機中的卷筒系統布置在離岸母船的船艙內，并通過擺動滑輪和改向滑輪構成的滑輪組把波浪補償卷筒的吊裝繩引導到臂架系統上，從而減小起重機在甲板上的占據空間。起重機的臂架系統包括起重機臂架、上述的擺動滑輪、改向滑輪和用于吊裝重物的吊鉤，吊裝繩自船艙內依次連接波浪補償卷筒、擺動滑輪、改向滑輪和吊鉤，其長度隨著波浪補償卷筒的轉動而伸縮，從而控制臂架系統的運動姿態。本實施例中的吊裝繩為鋼絲繩。臂架系統的運動姿態是指起重機臂架相對于水平面的俯仰角度，以及臂架系統的各部分結構之間的相對位置關系。

更為具體地，卷筒控制器103連接于波浪補償卷筒上安裝的絕對位置編碼器來實時采集波浪補償卷筒當前的起升限位數據和驅動狀態數據的，卷筒控制器103可采用設置于波浪補償卷筒上的一個或多個PLC(可編程邏輯控制器)來實現，該一個或多個PLC通過現場總線或者以太網與中央控制器104相連接來進行數據通信。進一步地，卷筒控制器103可以通過光電轉換模塊連接于中央控制器104，即現場總線信號可以使用光纖經過電纜拖鏈連接卷筒控制器103和位于起重機上部的中央控制器104。

進一步地，本發明第一實施例的控制系統還包括連接于波浪補償計算裝置的運動參考單元，運動參考單元用于實時測量離岸母船的升沉信號，并將升沉信號傳輸給波浪補償計算裝置101。具體地，波浪補償計算裝置101是根據設定的主動升沉補償算法和接收到的升沉信號來計算得到波浪補償數據的。其中，主動升沉補償算法可參考申請號為CN201210219968.4的中國專利文獻中所提供的計算方法，該方法通過運動參考單元來獲取波浪的升沉數據，在線辨識升沉運動模型，基于此模型進行升沉運動短周期預報，然后利用波浪補償計算裝置進行前饋-反饋復合控制算法決策，把波浪補償所需的線速度和方向計算出并傳輸給中央控制器。本發明所提供的控制系統并不限于使用上述專利文獻中提供的方法，還可以采用其他能夠達到相同目的的主動升沉補償算法。

其中，中央控制器104為起重機的核心控制器，同樣可采用PLC來進行控制，其接收所有外界信號并經過邏輯處理后輸出到起重機各個部分的輸入輸出單元和其他控制單元。同時也接收波浪補償計算裝置101輸出的波浪補償所需的轉速數據來作為波浪補償的數據輸入。優選地，中央控制器104通過現場總線或者工業以太網與起重機的各個部分進行數據傳輸。

進一步地，上述起重機的臂架系統上還裝載有重量傳感器，該重量傳感器用于檢測吊裝繩上的負載重量；基于此，本發明第一實施例中的控制系統還可以包括力矩限制器系統，力矩限制控制器系統用于采集該負載重量數據和計算預定方向的額定載重量，當負載重量超過預設比例的額定載重量時，力矩限制系統報警并向中央控制器發出限制運行信號，以限制起重機繼續向預定方向運行。具體地，力矩限制器系統通過裝載的重量傳感器接收吊裝繩上的負載，并根據預先設計的吊載曲線來進行允許載重量的計算，例如當該負載重量超過額定載重量110％時則發出報警信號，并通知中央控制器禁止起重機繼續往預定的危險方向運行。其中，吊載曲線是指機械設計根據受力分析之后得出的載重量與幅度之間的關系，把這種關系繪制成的曲線。

優選地，還包括起重機管理系統，起重機管理系統與中央控制器104連接，用于接收和存儲中央控制器104的數據信息。進一步地，起重機管理系統包括顯示屏，用于顯示中央控制器104的數據信息。優選地，顯示屏上可以為觸摸屏，并且設有人工調試界面，用于供操作者輸入人工調試參數信息。進一步地，起重機管理系統還包括記錄模塊，用于按照設定的時間間隔來記錄起重機運行過程中的操作內容、操作人員、操作時間和實時運行參數等信息。

更為具體地，起重機管理系統的硬件基于觸摸屏，其顯示尺寸可在15英寸以上，彩色圖形顯示并配置至少1GB存儲空間。起重機管理系統通過以太網與中央控制器104連接進行交換數據。其顯示屏上能夠顯示機構的運行數據，例如波浪補償卷筒的轉速、吊裝繩的高度、幅度、載重量；顯示限位情況，例如減速停止位置；顯示電動機情況，例如電壓、電流、力矩的情況；顯示故障報警及其歷史記錄，能夠把當前發生未確認的報警重點提示，并提供歷史報警記錄的查詢；其顯示屏針對現場調試人員，還具有專用的調試界面，允許調試人員在登錄具有修改權限后能夠修改運行的設定參數。此外，起重機管理系統還可以具備數據記錄功能，把需要采樣的數據進行設置，其能夠按照設定的時間間隔記錄到文件，供起重機維護管理時查詢。

本發明第一實施例的主動式電動波浪補償起重機的控制系統的結構簡單，相對于傳統的液壓驅動控制系統能夠大大提高驅動效率，并同時減小了能源損耗，具有很高的實用價值。

【第二實施例】

如附圖3-1中所示，本發明提供了一種主動式電動波浪補償起重機的控制系統，起重機固定于離岸母船上，包括卷筒系統10、臂架系統20和控制臂架系統20的人工操作手柄，卷筒系統10包括波浪補償卷筒、多個驅動波浪補償卷筒轉動的電動機和圍繞波浪補償卷筒的吊裝繩，吊裝繩依次連接波浪補償卷筒和臂架系統20，其長度隨著波浪補償卷筒的轉動而伸縮，從而控制臂架系統20的運動姿態，如附圖2中所示，本發明第二實施例的控制系統包括：

波浪補償計算裝置101，用于實時采集離岸母船當前的運動數據，并根據運動數據計算波浪補償數據；

手柄數據轉換裝置102，將人工操作手柄輸入的指令轉換為手柄數據；

卷筒控制器103，用于實時采集波浪補償卷筒當前的起升限位數據和驅動狀態數據，并根據接收到的驅動命令控制電動機運轉；

中央控制器104，用于讀取波浪補償數據和手柄數據，將波浪補償數據和手柄數據疊加計算得到合成轉速，并讀取卷筒控制器103中的起升限位數據和驅動狀態數據來對起重機的當前運動狀態進行判斷，如果當前運動狀態正常，則將包含合成轉速的驅動命令傳遞給卷筒控制器，以驅動電動機運轉；如果當前運動狀態不正常，則向卷筒控制器103發出停機命令，以終止電動機3運轉。

其中，起重機200的運動狀態可以根據卷筒控制器103所采集的波浪補償卷筒1的起升限位數據和驅動狀態數據來進行判斷，當起升限位數據和驅動狀態數據處于預定的正常數據范圍以內時，認為起重機200的運動狀態正常，此時，中央控制器104向卷筒控制器103下發包含有合成轉速的驅動命令，驅動電動機3運轉，電動機3帶動波浪補償卷筒1以合成轉速轉動；當起升限位數據和驅動狀態數據超出預定的正常數據范圍時，認為起重機200的運動狀態不正常，可能發生超速、緊急停機等狀況，此時，中央控制器104向卷筒控制器103下發停機命令，以終止電動機3運轉，使得波浪補償卷筒1停止轉動。

進一步地，中央控制器104將波浪補償數據和手柄數據疊加計算得到合成轉速，該疊加計算可以參考參考申請號為CN201210219968.4的中國專利文獻中所提供的計算方法。

以下結合圖3-1中的一種折臂式波浪補償起重機的結構來詳細說明本實施例中的控制系統：

如圖3-1所示，起重機200固定于離岸母船上，包括卷筒系統10、臂架系統20和控制臂架系統20的人工操作手柄，卷筒系統10包括波浪補償卷筒1、多個驅動波浪補償卷筒1轉動的電動機3和圍繞波浪補償卷筒1的吊裝繩4，吊裝繩4依次連接波浪補償卷筒1和臂架系統20，其長度隨著波浪補償卷筒1的轉動而伸縮，從而控制臂架系統20的運動姿態。本實施例中的吊裝繩4為鋼絲繩。

如圖3-1中所示，波浪補償卷筒1單側布置6個電動機3，電動機3可以采用永磁同步電機，其通過減速箱連接到波浪補償卷筒1，每個電動機3對應有將直流電轉換為交流電的逆變器。其中，減速箱是一種降低轉速，增加轉矩的機械。擺動滑輪5能夠追蹤吊裝繩4的位置，保證吊裝繩4的出繩角小于1.5度，滿足折線卷筒的要求。折線卷筒的優點在于：鋼絲繩多層纏繞時，能夠保證多層纏繞的上、下層鋼絲繩之間有序相嵌，排列整齊，平穩過渡而不亂繩，改善鋼絲繩之間的接觸性能，進而能夠減少磨損，延長使用壽命。與纏繞同樣長度鋼絲繩的單層卷筒相比，折線卷筒的長度大大縮短，從而減小出繩角度，簡化結構，減輕設備重量。如圖3-2所示，這里的出繩角度是指夾角α。優選地，電動機3采用永磁同步大扭矩電動機。此種電動機具有以下特點：1.低速大扭矩，能夠減小機械減速箱的傳動比；2.結構緊湊，其長度和體積相比于同功率的交流異步電動機小很多；3.需要使用水冷卻，從而能夠滿足在船艙內安裝的要求。電機數量可按照實際情況進行增減。

進一步地，卷筒系統10可以將卷筒系統10布置在離岸母船的船艙內，并通過擺動滑輪5和改向滑輪構6成的滑輪組把波浪補償卷筒1的吊裝繩4引導到臂架系統20上，從而減小起重機200在甲板上的占據空間。起重機200的臂架系統20包括起重機臂架9、擺動滑輪5、改向滑輪6和用于吊裝重物的吊鉤7，吊裝繩4自船艙內依次連接波浪補償卷筒1、擺動滑輪5、改向滑輪6和吊鉤7，其長度隨著卷筒系統101的轉動而伸縮，從而控制臂架系統20的運動姿態。

臂架系統20的運動姿態是指起重機臂架9相對于水平面的俯仰角度，以及臂架系統20的各部分結構之間的相對位置關系。

進一步地，起重機臂架9包括固定于離岸母船的下筒體8a、與下筒體8a通過回轉裝置連接的上筒體8b、安裝于上筒體8b的主臂架9a和與主臂架9a連接的副臂架9b；其中，回轉裝置內設有回轉驅動裝置11和回轉編碼器107，回轉編碼器107用于記錄上筒體8b相對于離岸母船的回轉角度；主臂架9a與上筒體8b的連接處、主臂架9a與副臂架9b的連接處分別設有變幅驅動裝置和臂架編碼器106，臂架編碼器106用于記錄主臂架9a和副臂架9b的俯仰角度，從而計算出臂架系統20的幅度數據。

優選地，臂架系統20上還設有臂架控制器105，臂架控制器105連接于回轉編碼器107和臂架編碼器106，用于讀取上述的回轉角度和幅度數據并將之傳輸給中央控制器104。

優選地，下筒體8a與船體焊接在一起，上筒體8b為能夠旋轉的起重機部分。上筒體8b上端安裝改向滑輪6a，把從下筒體8a的擺動滑輪5引導上來的起升吊裝繩4導向到臂架系統20主臂架9a和副臂架9b，主臂架9a和副臂架9b由油缸帶動，油缸作為本實施例中的起重機的變幅驅動裝置。主臂架9a與上筒體8b的連接處、副臂架9b與主臂架9a的連接處分別設有改向滑輪6a和6b。如圖2中所示，主臂架9a與副臂架9b通過設計成折疊式臂架，能夠在起重機200不工作時大幅減少空間占用，方便在船舶或者平臺上的布置。

其中，臂架編碼器106可以包括主臂架編碼器和副臂架編碼器，主臂架編碼器為服務于主臂架9a的絕對值編碼器，用來計算主臂架9a和筒體8之間的回轉角度，此角度可以用來計算臂架系統20的幅度數據；同理，副臂架編碼器為服務于副臂架9b的絕對值編碼器，用來計算副臂架9b和主臂架9a之間的回轉角度，此角度也用來計算臂架系統20的幅度數據。

進一步地，回轉裝置內設置的回轉驅動裝置11為回轉馬達，回轉驅動裝置和變幅驅動裝置均采用液壓驅動。具體地，本實施例中的起重機的回轉和變幅機構由液壓驅動。回轉機構由于與波浪補償無關，不需要高響應要求，只需要滿足常規功能即可，為了節約在上筒體的空間布置，故使用液壓驅動。而變幅均使用油缸形式，這樣相比鋼絲繩變幅方案同樣節約空間，容易實現過載保護功能。以上電動機數量均可按照項目實際進行增減。

如圖4中所示，卷筒系統10包括由多個逆變器構成的逆變器單元108，逆變器單元108用來控制多個電動機3構成的電動機單元。多個逆變器分別與多個電動機3一一對應連接，且多個逆變器共同使用一根直流母線，該直流母線連接于外部供電電源。

進一步地，逆變器單元108與卷筒控制器103相連接，并且通過現場總線或者工業以太網與卷筒控制器103進行數據傳輸。較加地，本實施例中的波浪補償卷筒內部的電氣控制可以均采用采用現場總線技術(例如Profibus-DP)或者工業以太網技術(例如Profinet)進行通訊。

優選地，如圖4中所示，卷筒系統10還包括整流變壓器109和將交流電轉換為直流電的整流單元110，整流變壓器109通過上述的直流母線連接整流單元110前端，整流單元110后端通過直流母線與逆變器單元108連接，即外部的供電電源依次通過整流變壓器109、整流單元110和逆變器單元108連接于電動機3。更為具體地，本實施例中的整流變壓器109可以為12脈沖整流變壓器，用來把進線的3相供電電源調節到合適的電壓并分成2路帶正負7.5度相位角的電源，這樣可以有效地改善電源質量；整流單元110可以是多傳動變頻系統的整流單元，選用二極管整流方式，把3相交流電源轉換為直流電源，為逆變器單元108提供能量。根據具體設計整流變壓器也可為24或者36脈沖變壓器，整流單元也可為可控電力電子元件整流方式。

進一步地，卷筒系統10還包括整流單元控制器111，用于采集整流單元110的如電源、電壓等信號的運行參數，并將這些運行參數通過卷筒控制器103傳輸給中央控制器104。

優選地，卷筒系統10還包括卷筒編碼器112，用于計算波浪補償卷筒1的轉速和圈數，卷筒編碼器112通過卷筒控制器103連接于中央控制器104，并將計算出的轉速和圈數通過卷筒控制器103傳輸給中央控制器104；具體地，卷筒編碼器112為服務于波浪補償卷筒1的絕對值編碼器，把波浪補償卷筒1的運行轉速和圈數等參數反饋回中央控制器104，以供中央控制器104計算吊裝繩4的出繩量以及對應目前的吊裝繩4外徑來改變波浪補償卷筒1的角速度。

進一步地，卷筒系統10還包括相互連接的電容模塊113和電容模塊控制器114，電容模塊113連接于直流母線上，用于補償或者吸收電動機3的功率，電容模塊控制器114通過卷筒控制器103連接于中央控制器104，并將電容模塊113的功率信號傳輸給中央控制器104。電容模塊113為大容量電容模塊，大容量電容模塊主要用來滿足波浪補償時的瞬間功率需求。由于波浪補償時波浪補償卷筒1為往復正反轉運動，其上升時需要消耗功率，此功率可以由大容量電容模塊的儲存能量來補充；其下降時電動機3變成發電機產生功率，此功率即為再生能量，此時由大容量電容模塊來吸收此再生能量。這樣在扣除機械損耗和電氣損耗后，大部分的能量通過大容量電容模塊充放電使用，可以大大減少對于離岸母船的船舶發電動機的能量需求。

優選地，卷筒系統10還包括相互連接的鋰電池組模塊117和電池組模塊控制器118，鋰電池組模塊117用于持續吸收電動機3的再生能量，此再生能量為波浪補償卷筒1下降時電動機3變成發電機產生的功率。電池組模塊控制器118通過卷筒控制器103連接于中央控制器104，并將鋰電池組模塊117的功率信號傳輸給中央控制器104。由于大容量電容瞬間充放電性能高，但是能量存儲密度低，而鋰電池組能夠持續吸收較大的再生能量，在需要能量的時候輸出，能夠配合電容模塊113來共同減少整套波浪補償裝置的能源消耗。優選地，卷筒系統10還包括相互連接的制動電阻模塊115和電阻模塊控制器116，制動電阻115用于消耗電動機3的多余功率，電阻模塊控制器116通過卷筒控制器103連接于中央控制器104，并將制動電阻模塊115的功率信號傳輸給中央控制器104。較加地，電阻模塊控制器116為控制制動電阻模塊115制動功率的制動斬波器，當起重機200長時間處于下降工況，電動機3發電產生的功率已經無法被電容模塊113或者鋰電池組模塊117吸收的情況下，就需要開啟制動電阻模塊115把能量變成熱量消耗掉。

進一步地，上述的逆變器單元108、電動機3和制動電阻模塊115分別連接于外部的淡水冷卻設備來進行熱交換，淡水冷卻設備連接于中央控制器104，由中央控制器104對淡水冷卻設備中的水溫和流量進行實時監控。當起重機200設計噸位大，波浪補償卷筒1只能布置到船艙內時，常規的空氣冷卻無法滿足要求。所以逆變器單元108、電動機3和制動電阻模塊115均使用水冷卻系統，此3個單元共用一個淡水冷卻系統，通過換熱器與船體提供的海水進行熱交換。中央控制器104系統對淡水的水溫和流量進行監控，如果水溫高于警戒值、或者流量低于警戒值則會限制波浪補償系統的運行。

本實施例的卷筒系統10的設計有利于再生能量的吸收和使用。在波浪補償卷筒1長時間處于上升狀態時，主要的能量由整流單元110提供，即使用船體發電機的能量；長時間處于下降狀態時，此時電動機3會再生能量，而電容和鋰電池無法吸收所有的能量，此時制動電阻模塊115開始工作，制動電阻發熱，把再生能量變成熱量。當波浪補償卷筒1處于補償模式時，上升狀態所需要的能量由電容補充，如有不足還可以由鋰電池組提供；處于下降狀態時，所產生的再生能量由電容吸收，如還有剩余能量由鋰電池組吸收。從而最大程度地減少能量損耗，有利于能量的循環再生利用。本發明第二實施例的主動式電動波浪補償起重機的控制系統，利用超級電容模塊和鋰電池組模塊來吸收再生能量，有效降低了船舶發電機功率，有利于節能，能夠獲得更好的經濟效益。

進一步地，控制系統還包括連接于波浪補償計算裝置101的運動參考單元119，運動參考單元119用于實時測量離岸母船的升沉信號，并將升沉信號傳輸給波浪補償計算裝置101。具體來講，運動參考單元119用來檢測離岸母船的船體垂直方向的運行數據，并將該數據通過以太網發送到中央控制器。

優選地，波浪補償計算裝置101是根據設定的主動升沉補償算法和接收到的升沉信號來計算得到波浪補償數據的。其中，主動升沉補償算法可參考申請號為CN201210219968.4的中國專利文獻中所提供的計算方法，該方法通過運動參考單元獲取波浪的升沉數據，在線辨識升沉運動模型，基于此模型進行升沉運動短周期預報，然后利用波浪補償計算裝置進行前饋-反饋復合控制算法決策，把波浪補償所需的線速度和方向計算出并傳輸給中央控制器。本發明所提供的控制系統并不限于使用上述專利文獻中提供的方法，還可以采用其他能夠達到相同目的的主動升沉補償算法。

進一步地，臂架系統20上還裝載有重量傳感器12，該重量傳感器12用于檢測吊裝繩4上的負載重量；基于此，本發明第二實施例中的控制系統還可以包括力矩限制器系統120，用于采集該負載重量數據和計算預定方向的額定載重量，當負載重量超過預設比例的額定載重量時，力矩限制系統120報警并向中央控制器104發出限制運行信號，以限制起重機200繼續向預定方向運行。具體地，力矩限制器系統120通過裝載的重量傳感器12接收吊裝繩4上的負載，并根據預先設計的吊載曲線來進行允許載重量的計算，例如當該負載重量超過額定載重量110％時則發出報警信號，并通知中央控制器104禁止起重機繼續往預定的危險方向運行。其中，吊載曲線是指機械設計根據受力分析之后得出的載重量與幅度之間的關系，把這種關系繪制成的曲線。

優選地，控制系統還包括起重機管理系統121，起重機管理系統121與中央控制器104連接，用于接收和存儲中央控制器104的數據信息。進一步地，起重機管理系統121包括顯示屏，用于顯示中央控制器104的數據信息。優選地，顯示屏上設有人工調試界面，用于輸入人工調試參數信息。進一步地，起重機管理系統121還包括記錄模塊，用于按照設定的時間間隔來記錄起重機200運行過程中的操作內容、操作人員、操作時間和實時運行參數等信息。

更為具體地，起重機管理系統121的硬件基于觸摸屏，其顯示尺寸可在15英寸以上，彩色圖形顯示并配置至少1GB存儲空間。起重機管理系統121通過工業以太網與中央控制器104連接進行交換數據。其顯示屏上能夠顯示機構的運行數據，例如波浪補償卷筒1的轉速、吊裝繩4的高度、幅度、載重量；顯示限位情況，例如減速停止位置；顯示電動機3情況，例如電壓、電流、力矩的情況；顯示故障報警及其歷史記錄，能夠把當前發生未確認的報警重點提示，并提供歷史報警記錄的查詢；其顯示屏針對現場調試人員，還具有專用的調試界面，允許調試人員在登錄具有修改權限后能夠修改運行的設定參數。此外，起重機管理系統121還可以具備數據記錄功能，把需要采樣的數據進行設置，其能夠按照設定的時間間隔記錄到文件，供起重機200維護管理時查詢。

優選地，中央控制器104通過現場總線或者工業以太網與起重機200的各個部分進行數據傳輸，例如圖2中所示，中央控制器104通過以太網的網絡交換機連接于波浪補償計算裝置101、手柄數據轉換裝置102等。進一步地，卷筒控制器103通過光電轉換模塊連接于中央控制器104。

【第三實施例】

如附圖5中所示，本發明提供了一種主動式電動波浪補償起重機的控制系統，起重機固定于離岸母船上，包括卷筒系統10、臂架系統20和控制臂架系統20的人工操作手柄，卷筒系統10包括波浪補償卷筒、多個驅動波浪補償卷筒轉動的電動機和圍繞波浪補償卷筒的吊裝繩，吊裝繩依次連接波浪補償卷筒和臂架系統20，其長度隨著波浪補償卷筒的轉動而伸縮，從而控制臂架系統20的運動姿態，如圖2中所示，本發明第三實施例的控制系統包括：

波浪補償計算裝置101，用于實時采集離岸母船當前的運動數據，并根據運動數據計算波浪補償數據；

手柄數據轉換裝置102，將人工操作手柄輸入的指令轉換為手柄數據；

卷筒控制器103，用于實時采集波浪補償卷筒當前的起升限位數據和驅動狀態數據，并根據接收到的驅動命令控制電動機運轉；

中央控制器104，用于讀取波浪補償數據和手柄數據，將波浪補償數據和手柄數據疊加計算得到合成轉速，并讀取卷筒控制器103中的起升限位數據和驅動狀態數據來對起重機的當前運動狀態進行判斷，如果當前運動狀態正常，則將包含合成轉速的驅動命令傳遞給卷筒控制器，以驅動電動機運轉；如果當前運動狀態不正常，則向卷筒控制器發出停機命令，以終止電動機運轉。

其中，起重機的運動狀態可以根據卷筒控制器103所采集的波浪補償卷筒的起升限位數據和驅動狀態數據來進行判斷，當起升限位數據和驅動狀態數據處于預定的正常數據范圍以內時，認為起重機的運動狀態正常，此時，中央控制器104向卷筒控制器103下發包含有合成轉速的驅動命令，驅動電動機運轉，電動機帶動波浪補償卷筒以合成轉速轉動；當起升限位數據和驅動狀態數據超出預定的正常數據范圍時，認為起重機的運動狀態不正常，可能發生超速、緊急停機等狀況，此時，中央控制器104向卷筒控制器103下發停機命令，以終止電動機運轉，使得波浪補償卷筒停止轉動。

進一步地，中央控制器104將波浪補償數據和手柄數據疊加計算得到合成轉速，該疊加計算可以參考參考申請號為CN201210219968.4的中國專利文獻中所提供的計算方法。

與第二實施例的不同之處在于，本實施例公開了一種人字架形式的波浪補償起重機，以下結合圖5中來對人字架形式的波浪補償起重機的結構來進行詳細說明：

如圖5所示，起重機200固定于離岸母船上，包括卷筒系統10、臂架系統20和控制臂架系統20的人工操作手柄，卷筒系統10包括波浪補償卷筒1、多個驅動波浪補償卷筒1轉動的電動機3和圍繞波浪補償卷筒1的吊裝繩4，吊裝繩4依次連接波浪補償卷筒1和臂架系統20，其長度隨著波浪補償卷筒1的轉動而伸縮，從而控制臂架系統20的運動姿態。本實施例中的吊裝繩4為鋼絲繩。

如圖5中所示，波浪補償卷筒1單側布置6個電動機3，這里的電動機3可以采用永磁同步電機，其通過減速箱連接到波浪補償卷筒1，每個電動機3對應有將直流電轉換為交流電的逆變器。其中，減速箱是一種降低轉速，增加轉矩的機械。。擺動滑輪5能夠追蹤吊裝繩4的位置，保證吊裝繩4的出繩角小于1.5度，滿足折線卷筒的要求。折線卷筒的優點在于：鋼絲繩多層纏繞時，能夠保證多層纏繞的上、下層鋼絲繩之間有序相嵌，排列整齊，平穩過渡而不亂繩，改善鋼絲繩之間的接觸性能，進而能夠減少磨損，延長使用壽命。與纏繞同樣長度鋼絲繩的單層卷筒相比，折線卷筒的長度大大縮短，從而減小出繩角度，簡化結構，減輕設備重量。如圖3-2所示，這里的出繩角度是指夾角α。優選地，電動機3采用永磁同步大扭矩電動機。此種電動機具有以下特點：1.低速大扭矩，能夠減小機械減速箱的傳動比；2.結構緊湊，其長度和體積相比于同功率的交流異步電動機小很多；3.需要使用水冷卻，從而能夠滿足在船艙內安裝的要求。電機數量可按照實際情況進行增減。

進一步地，可以將波浪補償卷筒1布置在離岸母船的船艙內，并通過擺動滑輪5和改向滑輪構6成的滑輪組把波浪補償卷筒的吊裝繩4引導到臂架系統202上，從而能夠減小起重機在甲板上的占據空間。臂架系統20包括起重機臂架9、擺動滑輪5、改向滑輪6和用于吊裝重物的吊鉤7，吊裝繩4自船艙內依次連接波浪補償卷筒2、擺動滑輪5、改向滑輪6和吊鉤7，其長度隨著波浪補償卷筒1的轉動而伸縮，從而控制臂架系統20的運動姿態。

臂架系統20的運動姿態是指起重機臂架9相對于水平面的俯仰角度，以及臂架系統20的各部分結構之間的相對位置關系。

其中，起重機臂架9為起重機200的主要支撐結構人字架，改向滑輪6為起重機200的人字架鉸點，允許人字架伸出到船舶外面。波浪補償卷筒1上的吊裝繩4通過兩道擺動滑輪5最終控制載著貨物的吊鉤7的升降。此種方式適合于ROV水下機器人應用。

進一步地，臂架系統20上還設有臂架控制器105和與臂架控制器105相連接的臂架編碼器106，臂架編碼器106用于記錄起重機臂架9相對于水平面的俯仰角度，從而計算出臂架系統20的幅度數據；臂架控制器105讀取幅度數據并將之傳輸給中央控制器103。

【第四實施例】

如附圖6中所示，本發明提供了一種主動式電動波浪補償起重機的控制系統，起重機固定于離岸母船上，包括卷筒系統10、臂架系統20和控制臂架系統20的人工操作手柄，卷筒系統10包括波浪補償卷筒、多個驅動波浪補償卷筒轉動的電動機和圍繞波浪補償卷筒的吊裝繩，吊裝繩依次連接波浪補償卷筒和臂架系統20，其長度隨著波浪補償卷筒的轉動而伸縮，從而控制臂架系統20的運動姿態，如圖2中所示，本發明第四實施例的控制系統包括：

波浪補償計算裝置101，用于實時采集離岸母船當前的運動數據，并根據運動數據計算波浪補償數據；

手柄數據轉換裝置102，將人工操作手柄輸入的指令轉換為手柄數據；

卷筒控制器103，用于實時采集波浪補償卷筒當前的起升限位數據和驅動狀態數據，并根據接收到的驅動命令控制電動機運轉；

中央控制器104，用于讀取波浪補償數據和手柄數據，將波浪補償數據和手柄數據疊加計算得到合成轉速，并讀取卷筒控制器103中的起升限位數據和驅動狀態數據來對起重機的當前運動狀態進行判斷，如果當前運動狀態正常，則將包含合成轉速的驅動命令傳遞給卷筒控制器，以驅動電動機運轉；如果當前運動狀態不正常，則向卷筒控制器發出停機命令，以終止電動機運轉。

其中，起重機的運動狀態可以根據卷筒控制器103所采集的波浪補償卷筒的起升限位數據和驅動狀態數據來進行判斷，當起升限位數據和驅動狀態數據處于預定的正常數據范圍以內時，認為起重機的運動狀態正常，此時，中央控制器104向卷筒控制器103下發包含有合成轉速的驅動命令，驅動電動機運轉，電動機帶動波浪補償卷筒以合成轉速轉動；當起升限位數據和驅動狀態數據超出預定的正常數據范圍時，認為起重機的運動狀態不正常，可能發生超速、緊急停機等狀況，此時，中央控制器104向卷筒控制器103下發停機命令，以終止電動機運轉，使得波浪補償卷筒停止轉動。

進一步地，中央控制器104將波浪補償數據和手柄數據疊加計算得到合成轉速，該疊加計算可以參考參考申請號為CN201210219968.4的中國專利文獻中所提供的計算方法。

與第二實施例的不同之處在于，本實施例公開了一種浮式波浪補償起重機，以下結合圖6對本實施例中的浮式波浪補償起重機的結構進行詳細說明：

如圖6所示，起重機200固定于離岸母船上，包括卷筒系統10、臂架系統20和控制臂架系統20的人工操作手柄，卷筒系統10包括波浪補償卷筒1、多個驅動波浪補償卷筒1轉動的電動機3和圍繞波浪補償卷筒1的吊裝繩4，吊裝繩4依次連接波浪補償卷筒1和臂架系統20，其長度隨著波浪補償卷筒1的轉動而伸縮，從而控制臂架系統20的運動姿態。本實施例中的吊裝繩4為鋼絲繩。

如圖6中所示，波浪補償卷筒1單側布置6電動機3，這里的電動機3可以采用永磁同步電機，其通過減速箱連接到波浪補償卷筒1，每個電動機3對應有將直流電轉換為交流電的逆變器。其中，減速箱是一種降低轉速，增加轉矩的機械。擺動滑輪5能夠追蹤吊裝繩4的位置，保證吊裝繩4的出繩角小于1.5度，滿足折線卷筒的要求。折線卷筒的優點在于：鋼絲繩多層纏繞時，能夠保證多層纏繞的上、下層鋼絲繩之間有序相嵌，排列整齊，平穩過渡而不亂繩，改善鋼絲繩之間的接觸性能，進而能夠減少磨損，延長使用壽命。與纏繞同樣長度鋼絲繩的單層卷筒相比，折線卷筒的長度大大縮短，從而減小出繩角度，簡化結構，減輕設備重量。如圖3-2所示，這里的出繩角度是指夾角α。優選地，電動機3采用永磁同步大扭矩電動機。

進一步地，將卷筒系統10布置在離岸母船的船艙內，并通過擺動滑輪5和改向滑輪構6成的滑輪組把波浪補償卷筒1的吊裝繩4引導到臂架系統20上，從而減小起重機200在甲板上的占據空間。起重機200的臂架系統20包括起重機臂架9、擺動滑輪5、改向滑輪6和用于吊裝重物的吊鉤7，吊裝繩4自船艙內依次連接波浪補償卷筒1、擺動滑輪5、改向滑輪6和吊鉤7，其長度隨著卷筒系統101的轉動而伸縮，擺動滑輪5和改向滑輪6引導吊裝繩4的走向，吊裝繩4通過數道滑輪最終控制吊鉤7的升降，從而控制臂架系統20的運動姿態。

臂架系統20的運動姿態是指起重機臂架9相對于水平面的俯仰角度，以及臂架系統20的各部分結構之間的相對位置關系。

本實施例中的浮式波浪補償起重機還包括基座12、上筒體機房13和起重機200的主要支撐結構人字架14，基座12固定在離岸船舶上，上筒體機房13用來布置常規起重功能的卷筒等部件，起重機200的主要支撐結構人字架用來支撐起重機的臂架9。不同于折臂型波浪補償起重機的臂架由油缸帶動，浮式波浪補償起重機的臂架9由位于機房的變幅吊裝繩卷筒帶動。該種浮式波浪補償起重機在常規浮式起重機上增加了一個帶有波浪補償功能的起升鉤，滿足在深海水下安裝使用的需求。

【第五實施例】

本發明第五實施例提供一種主動式電動波浪補償起重機的控制方法，起重機固定于離岸母船上，包括卷筒系統、臂架系統和控制臂架系統的人工操作手柄，卷筒系統包括波浪補償卷筒、多個驅動波浪補償卷筒轉動的電動機和圍繞波浪補償卷筒的吊裝繩，吊裝繩依次連接波浪補償卷筒和臂架系統，其長度隨著波浪補償卷筒的轉動而伸縮，從而控制臂架系統的運動姿態，如圖7所示，控制方法包括以下步驟：

步驟S501，波浪補償計算，實時采集離岸母船當前的運動數據，并根據運動數據計算波浪補償數據；

步驟S502，手柄數據轉換，將人工操作手柄輸入的指令轉換為手柄數據；

步驟S503，疊加計算，將波浪補償數據和手柄數據疊加計算得到驅動命令；

步驟S505，狀態判斷，實時采集波浪補償卷筒當前的起升限位數據和驅動狀態數據，并對起重機的當前運動狀態進行判斷；

步驟S505，下發命令，如果當前運動狀態正常，則根據驅動命令驅動電動機運轉；如果當前運動狀態不正常，則發出停機命令以終止電動機運轉。

進一步地，波浪補償計算是根據設定的主動升沉補償算法來計算得到波浪補償數據的。步驟S501的波浪補償計算是根據設定的主動升沉補償算法和接收到的升沉信號來計算得到波浪補償數據的。主動升沉補償算法可參考申請號為CN201210219968.5的中國專利文獻中所提供的方法，該方法通過運動參考單元獲取波浪的升沉數據，在線辨識升沉運動模型，基于此模型進行升沉運動短周期預報，然后利用波浪補償計算裝置進行前饋-反饋復合控制算法決策，把波浪補償所需的線速度和方向計算出并傳輸給中央控制器。本發明的控制方法并不限于使用上述專利文獻中提供的方法，還可以采用其他能夠達到相同目的的主動升沉補償算法。

具體地，本實施例的控制方法中，采用的波浪補償卷筒有2個轉速輸入端，第一個輸入端為波浪補償使用，由起重機中設置的運動參考單元測量出船體升沉信號，根據船體升沉信號和前述的波浪補償控制算法，提前預測出波浪的變化趨勢，然后根據整個系統的響應時間，把當前需要的波浪補償卷筒的轉速發送到中央控制器；與此同時，操作者控制的人工操作手柄也會產生要求的波浪補償卷筒轉速命令，將這兩個轉速命令進行疊加計算即可得到當前實際需要的轉速的驅動命令。

更進一步地，步驟S505的狀態判斷中，中央控制器還需要判斷波浪補償卷筒的限位狀態，判斷其是否到達減速或者停止狀態，還需要讀取當前驅動系統的運行狀態，在以上條件都正常的情況下，則把驅動命令輸送到電動機的控制單元，然后電動機根據接收到的命令信號實施快速相應，從而帶動波浪補償動卷筒按照期望的轉速進行運轉。

優選地，臂架系統20上還裝載有重量傳感器，用于檢測吊裝繩上的負載重量；控制方法還包括：

采集負載重量數據并計算預定方向的額定載重量，當負載重量超過預設比例的額定載重量時則發出限制運行信號，以限制起重機繼續向預定方向運行。

具體地，該重量傳感器用于檢測吊裝繩上的負載重量；基于此，本發明第五實施例中的起重機還包括力矩限制器系統，用于采集該負載重量數據和計算預定方向的額定載重量，當負載重量超過預設比例的額定載重量時，力矩限制系統報警并向中央控制器發出限制運行信號，以限制起重機繼續向預定方向運行。力矩限制器系統通過裝載的重量傳感器接收吊裝繩上的負載，并根據預先設計的吊載曲線來進行允許載重量的計算，例如當該負載重量超過額定載重量110％時則發出報警信號，并通知中央控制器禁止起重機繼續往預定的危險方向運行。其中，吊載曲線是指機械設計根據受力分析之后得出的載重量與幅度之間的關系，把這種關系繪制成的曲線。

綜上，利用本發明的主動式電動波浪補償起重機的控制系統和控制方法，相對于傳統的液壓驅動控制系統大大提高了驅動效率，并同時減小了能源損耗，應用了超級電容和鋰電池來提供波浪補償時的能量，有效降低了船舶發電機的裝機功率，具有很高的實用價值。上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。