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1、10申请公布号CN102096421A43申请公布日20110615CN102096421ACN102096421A21申请号201010551768X22申请日20101119G05D15/0120060171申请人浙江大学地址310027浙江省杭州市西湖区浙大路38号72发明人周华陈英龙杨华勇74专利代理机构杭州中成专利事务所有限公司33212代理人金祺54发明名称基于冗余容错控制的围网括纲绞机电液比例张力控制系统57摘要本发明公开了一种基于冗余容错控制的围网括纲绞机电液比例张力控制系统，包括比例方向阀1、平衡阀2、安全阀3、溢流阀4、第一单向阀51、第二单向阀52、第三单向阀53、第四单。
2、向阀54、第一液压马达61、第二液压马达62、控制器7、齿轮箱8、第一压力传感器91和第二压力传感器92等；第一液压马达61的输出轴和第二液压马达62输出轴与齿轮箱8输入端连接；第一压力传感器91、第二压力传感器92与控制器7输入端连接，控制器7输出端与比例方向阀1的电磁铁A1和B1连接。该系统能用于实现复杂工况下围网渔船括纲绞机张力的比例控制。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图4页CN102096430A1/1页21基于冗余容错控制的围网括纲绞机电液比例张力控制系统，其特征是包括比例方向阀1、平衡阀2、安全阀3、溢流阀4、第一单向阀51。
3、、第二单向阀52、第三单向阀53、第四单向阀54、第一液压马达61、第二液压马达62、控制器7、齿轮箱8、第一压力传感器91和第二压力传感器92；比例方向阀1的进油口P1与恒压进油管路15连通，比例方向阀1的出油口A1与平衡阀2的进油口A2连通，平衡阀2的出油口A3分别与安全阀3进油口P3、第一单向阀51的出油口、第四单向阀54的进油口、第一液压马达61的高压腔A2以及第二液压马达62高压腔A3连通，溢流阀4的进油口P2分别与第三单向阀53的出油口及第四单向阀54出油口连通；溢流阀4的回油口T2分别与第一单向阀51进油口、第二单向阀52进油口、安全阀3回油口T3及比例方向阀1的回油口T1连通，。
4、并通过回油管26与回油箱管路T连通，比例方向阀1的出油口B1分别与第一液压马达61的低压腔B2、第二液压马达62的低压腔B3、第二单向阀52的出油口、第三单向阀53的进油口及平衡阀2的控制油口X1连通；第一液压马达61的输出轴和第二液压马达62输出轴分别与齿轮箱8输入端连接，齿轮箱8输出端与括纲绞机相连，第一液压马达61的高压腔A2及第二液压马达62的高压腔A3共同与第一压力传感器91连通，第一液压马达61的低压腔B2及第二液压马达62的低压腔B3共同与第二压力传感器92连通；第一压力传感器91、第二压力传感器92共同与控制器7输入端连接，控制器7输出端分别与比例方向阀1的电磁铁A1和B1连接。
5、。2根据权利要求1所述的基于冗余容错控制的围网括纲绞机电液比例张力控制系统，其特征是用于感测与括纲绞机相连的括纲13上张力的张力传感器与控制器7输入端连接。权利要求书CN102096421ACN102096430A1/5页3基于冗余容错控制的围网括纲绞机电液比例张力控制系统技术领域0001本发明涉及一种远洋围网渔船绞机类捕捞设备，尤其涉及一种围网括纲绞机张力控制系统。背景技术0002远洋金枪鱼围网渔船进行捕捞作业时，括纲绞机需要根据工况特点及作业要求适时调整收、放网速度，从而使括纲保持合适的张紧力，否则可能会导致网具的沉降过慢使得渔获量减少或网具沉降过快而使得网衣与括纲纠缠，而最终导致围网失败。
6、，严重时还会酿成捕捞设备损坏、缆绳断裂等巨大损失。因此，必须根据工况特点对括纲绞机进行张力控制，提升围网系统的捕捞效率及捕捞作业的安全性与可靠性。由于远洋围网渔船围网作业时，括纲绞机工作频繁，工作环境十分恶劣，负载工况复杂，且网具质量大、渔获重，这使得传统的张力闭环控制方法更加难以执行。0003远洋金枪鱼围网渔船捕捞绞机数量众多，液压系统采用恒压油源集中向执行单元供油，以减少元件数量、提高液压系统效率。括纲绞机的张力控制在围网捕捞过程中具有十分重要的意义，而传统的张力控制多基于张力信号的反馈，通过对采集的张力值与设定的张力值进行比较进而实现括纲张力的闭环控制。然而，实际的围网捕捞工作频繁，工作。
7、环境恶劣，仅采用单一的张力传感器进行张力控制的可靠性低，一旦出现传感器出现故障将直接影响到闭环系统的稳定性，严重时还会导致系统不可挽回的损失，同时对于一些老式的围网渔船，较难安装张力测量装置，因此如何开发新的控制系统使得围网作业即使在传感器故障情况下仍旧具有好的控制性能，同时又能较好的控制硬件成本，具有十分重要的意义。发明内容0004本发明要解决的技术问题是提供一种基于冗余容错控制的围网括纲绞机电液比例张力控制系统，用于实现复杂工况下围网渔船括纲绞机张力的比例控制，并克服了传统括纲绞机液压系统在传感器失效情况下可靠性差的问题，提高了括纲张力控制的鲁棒性和可靠性。0005为了解决上述技术问题，本。
8、发明提供一种基于冗余容错控制的围网括纲绞机电液比例张力控制系统包括比例方向阀、平衡阀、安全阀、溢流阀、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀、第一液压马达、第二液压马达、控制器、齿轮箱、第一压力传感器和第二压力传感器；0006比例方向阀的进油口P1与恒压进油管路连通，比例方向阀的出油口A1与平衡阀的进油口A2连通，平衡阀的出油口A3分别与安全阀进油口P3、第一单向阀的出油口、第四单向阀的进油口、第一液压马达的高压腔A2以及第二液压马达高压腔A3连通，溢流阀的进油口P2分别与第三单向阀的出油口及第四单向阀出油口连通；溢流阀的回油口T2分别与第一单向阀进油口、第二单向阀进油口、安全阀回油口。
9、T3及比例方向阀的回油口T1连通，说明书CN102096421ACN102096430A2/5页4并通过回油管与回油箱管路T连通，比例方向阀的出油口B1分别与第一液压马达的低压腔B2、第二液压马达的低压腔B3、第二单向阀的出油口、第三单向阀的进油口及平衡阀的控制油口X1连通；0007第一液压马达的输出轴和第二液压马达输出轴分别与齿轮箱输入端连接，齿轮箱输出端与括纲绞机相连，第一液压马达的高压腔A2及第二液压马达的高压腔A3共同与第一压力传感器连通，第一液压马达的低压腔B2及第二液压马达的低压腔B3共同与第二压力传感器连通；第一压力传感器、第二压力传感器共同与控制器输入端连接，控制器输出端分别与。
10、比例方向阀的电磁铁A1和B1连接。0008作为本发明的基于冗余容错控制的围网括纲绞机电液比例张力控制系统的改进用于感测与括纲绞机相连的括纲上张力的张力传感器与控制器输入端连接。0009本发明的张力控制系统在实际使用时一般需设置2套，其中一套用于控制第一括纲绞机，另一套用于控制第二括纲绞机如图2所示，为了图面的清晰，在图2中只显示了一套用于控制第一括纲绞机的张力控制系统。两套张力控制系统的工作方式一致。第一括纲绞机与括纲的一端连接，第二括纲绞机与括纲的另一端连接，括纲分别经第一滑轮、第二滑轮与网具连接。0010本发明具有如下有益效果00111本发明通过采集液压马达两腔的压力信号及括纲的张力信号来。
11、实时调整比例方向阀的阀口开度，进而实现括纲绞机张力的闭环比例控制。00122本发明通过利用采集的液压马达两腔的压力信号对括纲张力进行重构，即使在压力传感器或括纲张力传感器出现故障的时候，通过控制器内部的控制算法依然能够实现括纲张力的准确控制，大幅提高了系统控制的可靠性。00133本发明还可适用于未安装张力传感器的围网渔船，通过压力信号对张力的重构，实现括纲张力的比例控制，同时仅采用压力传感器来实现张力的比例控制也大幅提高了可靠性并降低了硬件成本。附图说明0014下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。0015图1是本发明的基于冗余容错控制的围网括纲绞机电液比例张力控制系统的液压原理。
12、示意图；0016图2是图1的实际使用状态的液压原理示意图为了图面的清晰，此处只显示一套图1所述的张力控制系统；0017图3是图2在围网捕捞进行放网作业时的液压原理示意图；0018图4是图3在围网捕捞进行收网作业时的液压原理示意图。0019图中1比例方向阀，2平衡阀，3安全阀，4溢流阀，5单向阀，6液压马达，7控制器，8齿轮箱，9压力传感器，10张力传感器，11括纲绞机，12滑轮，13括纲，14网具，15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26为管路。具体实施方式0020实施例1、图1给出了一种基于冗余容错控制的围网括纲绞机电液比例张力控制说明书CN102096421A。
13、CN102096430A3/5页5系统，包括比例方向阀1、平衡阀2、安全阀3、溢流阀4、第一单向阀51、第二单向阀52、第三单向阀53、第四单向阀54、第一液压马达61、第二液压马达62、控制器7、齿轮箱8、第一压力传感器91和第二压力传感器92。0021比例方向阀1的进油口P1通过管路15与系统压力油管P连通，比例方向阀1的出油口A1与平衡阀2的进油口A2连通，平衡阀2的出油口A3分别与安全阀3进油口P3、第一单向阀51的出油口、第四单向阀54的进油口、第一液压马达61的高压腔A2以及第二液压马达62高压腔A3连通，溢流阀4的进油口P2与第三单向阀53的出油口及第四单向阀54出油口连通，溢流。
14、阀4的回油口T2与第一单向阀51进油口、第二单向阀52进油口、安全阀3回油口T3及比例方向阀1的回油口T1连通，并通过回油管26与回油箱管路T连通即，溢流阀4的回油口T2分别与第一单向阀51进油口、第二单向阀52进油口、安全阀3回油口T3及比例方向阀1的回油口T1彼此互相连通，并统一回油箱，比例方向阀1的出油口B1与第一液压马达61的低压腔B2、第二液压马达62的另低压腔B3、第二单向阀52的出油口、第三单向阀53的进油口及平衡阀2的控制油口X1连通。0022本发明的张力控制系统在实际使用时需设置2套，其中一套用于控制第一括纲绞机111，另一套用于控制第二括纲绞机112如图2所示，为了图面的清。
15、晰，在图2中只显示了一套用于控制第一括纲绞机111的张力控制系统。两套张力控制系统的工作方式一致，下面以用于控制第一括纲绞机111的张力控制系统为例，具体表述如下0023第一液压马达61的输出轴和第二液压马达62输出轴与齿轮箱8输入端连接，齿轮箱8输出端与第一括纲绞机111相连，第一液压马达61的高压腔A2及第二液压马达62的高压腔A3共同与第一压力传感器91连通，第一液压马达61的低压腔B2及第二液压马达62的低压腔B3共同与第二压力传感器92连通，第一张力传感器101与第一滑轮121相连，第一压力传感器91、第二压力传感器92、第一张力传感器101共同与控制器7输入端连接，控制器7输出端与。
16、比例方向阀1的电磁铁A1和B1连接。控制器7还可与报警器相连。0024同理，另一套张力控制系统的齿轮箱8输出端与第二括纲绞机112相连。第二张力传感器102与第二滑轮122相连，另一套张力控制系统的第一压力传感器91、第二压力传感器92、第二张力传感器102共同与另一套张力控制系统的控制器7输入端连接。0025第一括纲绞机111与括纲13的一端连接，第二括纲绞机112与括纲13的另一端连接，括纲13分别经第一滑轮121、第二滑轮122与网具14连接。0026本发明实际工作时，分成以下两种工作状态0027一、围网捕捞进行放网作业时，此状态下第二括纲绞机112不参与工作，网具14处于放网中如图3所。
17、示0028第一括纲绞机111工作，网具14在小艇的拉力及底环是一种与网具14和括纲13相连的渔具辅件的重力作用下开始下沉，同时拉动括纲13向远离括纲绞机111方向运动，括纲13经滑轮121带动括纲绞机111顺时针转动，第一液压马达61A2腔和第二液压马达62A3受迫为高压腔，第一液压马达61B2腔和第二液压马达62B3腔为低压腔。第一液压马达61A2腔和第二液压马达62A3腔高压油经管路20、21、22及单向阀54流入溢流阀4的进油口P2，再从溢流阀4的出油口T2流出；流出的液压油一部分经管路25回油箱，另一部分经单向阀52及管路17后分成以下2路一路经管路18进入第一液压马达说明书CN102。
18、096421ACN102096430A4/5页661B2腔，从而实现向第一液压马达61B2腔即低压腔补油；另一路经过管路19进入第二液压马达62B3腔，从而实现向第二液压马达62B3即低压腔补油。0029此时比例方向阀1处在B1位置，比例方向阀1进油口P1和出油口B1连通，出油口A1和回油口T1连通；来自液压站的系统压力油经管路15进入比例方向阀1进油口P1，从比例方向阀1出油口B1流出，流出压力油经管路16和管路17后分成以下2路一路经管路18进入第一液压马达61B2腔，从而实现向第一液压马达61B2腔即低压腔补油；另一路经过管路19进入第二液压马达62B3腔，从而实现向第二液压马达62B3。
19、即低压腔补油。第一张力传感器101实时检测第一括纲绞机111张力，第一压力传感器91实时检测第一液压马达61的高压腔A2及第二液压马达62的高压腔A3的压力，第二压力传感器92实时检测第一液压马达61B2腔及第二液压马达62B3腔的压力。控制器7根据检测张力与压力信号，并基于压力与张力间关系式FKFPAPB对括纲张力进行计算其中F为括纲张力，PA、PB分别为液压马达高压腔与低压腔的压力值，KF为比例系数，由马达的排量、效率等参数决定，该比例系数的设定为本行业的公知技术，若计算得到的张力值与采集的张力值的误差在一定范围内，即，例如采集的张力值18计算得到的张力值的范围内，则表明张力传感器101运。
20、行良好，则控制器7将采集的张力信号与捕捞人员设定的张力值是捕捞人员根据实际的捕捞情况实时修改的，即，捕捞人员根据捕捞经验所得进行做差运算，并将运算结果经控制器7内的PID控制模块进行调节即经比例/微分环节进行调节后输出。若计算得到的张力值与采集的张力值的差超过预定范围，则视张力传感器101出现故障，系统报警的同时，并将计算得到的张力信号作为真实值与设定的张力值进行做差比较，并将运算结果经控制器7内的PID控制模块进行调节后输出。该运算结果通过调整比例方向阀1阀口开度大小，阀口开度直接影响液压马达高、低压腔的压力，进而实现括纲13张力的比例控制。0030二、括纲绞机收网作业时，此状态下第一括纲绞。
21、机111与第二括纲绞机112均参与工作，网具14处于收网中如图4所示00311、用于控制第一括纲绞机111的张力控制系统的工作内容如下0032比例方向阀1工作在A1位置，比例方向阀1进油口P1和出油口A1连通，出油口B1和回油口T1连通，系统压力油经管路15进入比例方向阀1进油口P1，从比例方向阀1出油口A1流出，流出的压力油流入平衡阀2进油口A2，从内部旁通阀到达出油口A3，出油口A3流出压力油经管路23和管路22后分成2路一路经管路20第一液压马达61A2腔，另一路经管路21进入第二液压马达62A3腔，从而带动第一括纲绞机111转动，第一括纲绞机111经括纲13绞收网具14实现收网作业。第。
22、一液压马达61B2腔液压油经管路18、第二液压马达62B3腔的液压油经管路19汇总至管路17，再经管路16流入比例方向阀1出油口B1，然后从比例方向阀1回油口T1流出，最后经管路26流回油箱。第一张力传感器101实时检测第一括纲绞机111张力，第一压力传感器91实时检测第一液压马达61的高压腔A2及第二液压马达62的高压腔A3的压力，第二压力传感器92实时检测第一液压马达61B2腔及第二液压马达62B3腔的压力。控制器7检测张力与压力信号，并基于压力与张力间关系式FKFPAPB对括纲张力进行计算其中F为括纲张力，PA、PB分别为液压马达高压腔与低压腔的压力值，KF为比例系数，由马达的排量、效率。
23、等参数决定，若计算得到的张力值与采集的张力值的误差在一定范围内，则表明张力传感器101运行良好，则将采说明书CN102096421ACN102096430A5/5页7集的张力信号与设定的张力值进行做差运算，并将运算结果经控制器7内的PID控制模块进行调节即经比例/微分环节进行调节后输出。若计算得到的张力值与采集的张力值的差超过预定范围，则视张力传感器101出现故障，系统报警的同时，并将计算得到张力信号作为真实值与设定的张力值进行做差比较，并将运算结果经控制器7内的PID控制模块进行调节后输出。该运算结果通过调整比例方向阀1阀口开度大小，阀口开度直接影响液压马达高、低压腔的压力，进而实现括纲张力。
24、的比例控制。0033上述第一括纲绞机111通过经括纲13的一端对网具14的一端进行绞收。00342、用于控制第二括纲绞机112的张力控制系统的工作内容为第二括纲绞机112通过经括纲13的另一端对网具14的另一端进行绞收。0035第二张力传感器102实时检测第二括纲绞机112张力，其余内容等同于上述工作内容1。0036上述两套张力控制系统相互独立的单独各自控制第二括纲绞机112与第一括纲绞机111。0037张力控制系统中设有安全阀3，用于限制收、放网作业时即上述两种工作方式时液压系统最大压力，当第一液压马达61高压腔A2与第二液压马达62高压腔A3的压力高于安全阀3调定压力时，安全阀3开启，液压。
25、油从A2与A3腔经管路22、23流入安全阀3进油口P3，并经回油口T3流出，最后经管路24流回油箱。0038实施例2、对于没有任何安装张力传感器即第一张力传感器101和第二张力传感器102均不安装的围网渔船，控制器7检测压力信号并采用压力信号对张力信号进行重构等同于实施例1中计算得到的张力值与采集的张力值的差超过预定范围的情况，将重构的张力信号与设定括纲张力值进行比较后进行输出给比例方向阀1，可实现括纲张力的比例控制。0039最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。说明书CN102096421ACN102096430A1/4页8图1说明书附图CN102096421ACN102096430A2/4页9图2说明书附图CN102096421ACN102096430A3/4页10图3说明书附图CN102096421ACN102096430A4/4页11图4说明书附图CN102096421A。