输油软管的补偿与共振

该在行进中开展输油作业，输油软管由于自身承重，会在两船之间产生   的下垂高度H。由于两船间距的不断变化以及风浪等因素的影响，可能导致以下情况：

1）下垂高度过大，张力太小软管落入水中；

2）下垂高度过小，软管所承受的张力太大。

这两种情况都会影响输油装置的使用   。如果   依靠人工操作来保持适当的下垂高度会产生以下问题：

1）行进中输油作业一般持续时间较长，仅凭人工控制下垂高度，操作人员体力上很难胜任；

2）人工操作只能凭感官判断，控制精度不高；

3）反应不够及时。

针对上述问题，该输油装置在设计中采用基于PLC、扭矩传感器、液压伺服器件的自动补偿控制系统，控制软管绞车自动调节输油软管的下垂高度，使其在输油作业中始终处于正常工作范围内。由于软管下垂高度H与其所承受的张力N之间呈近似的线性关系，可以用软管张力补偿来实现下垂高度的自动补偿。

一、自动补偿原理

该输油装置主要包括软管绞车、液压驱动单元、软管组件、控制系统四部分。输油软管张力自动补偿工作原理是：用扭矩传感器检测出软管绞车驱动轴承受的扭矩，间接计算出软管承受的张力；用光电开关组测出软管绞车转动的方向和圈数，间接计算出绞车收放软管的长度。PLC根据预设的数据表判断当软管长度为L时，承受的张力是否超过上下限值，张力过小时，控制绞车自动放出软管，张力过大时控制绞车自动收管，使软管始终保持合适的下垂高度。

二、共振产生原因及解决方案

共振产生原因分析

该输油装置张力补偿试验中发现，软管产生共振是一个需要解决的主要问题：软管本身具有   的弹性，其自身承受了张力，加上补偿动作、惯性、海风、船身起伏的影响，在输油作业中将不可避免的始终处于上下振荡状态中，当振荡幅度增大到   程度时，将严重影响输油作业。导致软管产生振荡的原因主要分为以下三类：

1）共振问题：自动补偿收管和放管动作产生的振荡会相互干扰，可能发生共振问题，导致振幅越来越大，这是对自动补偿影响   大的问题；

2）惯性影响：绞车开始转动和停止转动瞬间，绞车驱动轴上的扭矩出现阶跃跳变；收放管动作停止时，软管由于惯性继续向上／下运动带来振荡。两种情况会导致收放高度与实际需要的补偿量之间出现偏差；

3）海况影响：船身上下起伏、左右摆动、两船间距变化、海风海浪对软管的作用都会造成软管的振荡。

补偿系统振荡分析

稳定是控制系统能够运行的   要条件，解决软管振荡对补偿的影响问题，实质是自动控制系统在输入信号和扰动作用下的稳态误差。分析软管产生振荡的三类原因可知，自动补偿控制面对的   主要，也是对补偿性能影响   大的扰动信号属于瞬时变化的阶跃函数，补偿系统输入信号为斜坡函数。