[發(fā)明專利]一種基于艦船運動預報的主動升沉補償方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910672421.1
• 申請日: 2019-07-24
• 公開（公告）號: CN110422284A
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳金波;郭睿文;巫東來
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學
• 主分類號: B63B27/10
• 分類號: B63B27/10;B63B43/04;B66C23/53;B66C13/16;G06F17/50
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 張彩錦;曹葆青

本發(fā)明屬于運動補償技術(shù)領(lǐng)域，并具體公開了一種基于艦船運動預報的主動升沉補償方法及系統(tǒng)，其首先獲取由吊機的執(zhí)行機構(gòu)引起的待吊裝貨物在垂直方向上的位移以及用于吊裝貨物的鋼繩的動態(tài)伸長量，并基于艦船船體的歷史垂向升沉位移數(shù)據(jù)預報獲得垂向升沉位移預報值；再由貨物在垂直方向上的位移、鋼繩的動態(tài)伸長量以及垂向升沉位移預報值三者相加計算獲得貨物實際位置估計值；最后計算貨物實際位置估計值與對應預設(shè)的貨物指令位移值的差值，并以該差值控制執(zhí)行機構(gòu)動作，以此完成基于艦船運動預報的主動升沉補償。本發(fā)明具有補償精度高、補償效果好等優(yōu)點，適用于多種主動升沉補償系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于運動補償技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于艦船運動預報的主動升沉補償方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近些年來，隨著我國對海洋資源開發(fā)的不斷深入，海上物資補給、貨物駁運等作業(yè)日趨頻繁，船用起重機也起著越來越重要的作用。船用起重機工作時，由風浪引起的船舶在升沉方向上的運動不僅會影響吊裝作業(yè)的效率，在某些極端情況下，甚至會引發(fā)安全事故。因此，一套升沉補償系統(tǒng)對于保障船用起重機在復雜海況之下的工作能力具有重要意義。

主動升沉補償系統(tǒng)通常由控制器、執(zhí)行機構(gòu)、慣性測量單元、角位移傳感器、鋼絲繩張力傳感器等構(gòu)成，擁有獨立的動力源，具有適應性好，抗干擾能力強等優(yōu)點。但由于主動升沉補償系統(tǒng)本身具有的大慣性、遲滯等特點，現(xiàn)有的主動升沉補償系統(tǒng)中存在著響應滯后較大的問題，這一現(xiàn)象導致了主動升沉補償系統(tǒng)難以取得較高的補償精度。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種基于艦船運動預報的主動升沉補償方法及系統(tǒng)，其基于艦船船體的歷史垂向升沉位移數(shù)據(jù)預報獲得垂向升沉位移預報值，并基于預報數(shù)據(jù)及貨物在垂直方向上的位移和鋼繩的動態(tài)伸長量預估獲得貨物實際位置，并以此貨物實際位置與貨物指令位移值的差值實現(xiàn)執(zhí)行器的控制，以此完成基于艦船運動預報的主動升沉補償，具有補償精度高、補償效果好等優(yōu)點，適用于多種主動升沉補償系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提出了一種基于艦船運動預報的主動升沉補償方法，其包括如下步驟：

S1獲取由吊機的執(zhí)行機構(gòu)引起的待吊裝貨物在垂直方向上的位移以及用于吊裝貨物的鋼繩的動態(tài)伸長量，并基于艦船船體的歷史垂向升沉位移數(shù)據(jù)預報獲得垂向升沉位移預報值；

S2由貨物在垂直方向上的位移、鋼繩的動態(tài)伸長量以及垂向升沉位移預報值三者相加計算獲得貨物實際位置估計值；

S3計算貨物實際位置估計值與對應預設(shè)的貨物指令位移值的差值，并以該差值控制執(zhí)行機構(gòu)動作，以此完成基于艦船運動預報的主動升沉補償。

作為進一步優(yōu)選的，優(yōu)選利用AR模型基于艦船船體的歷史垂向升沉位移數(shù)據(jù)預報獲得垂向升沉位移預報值，該AR模型具體為：

式中，p為假設(shè)的已知模型的階數(shù)，{a_j,j＝0,1,2,...,p}為模型的自回歸系數(shù)，{ξ(n),n＝1,2,...,N-1}為均值為零的正態(tài)白噪聲序列，x(n-j)為一段時間內(nèi)已知的吊機頂端的垂向升沉位移數(shù)據(jù)。

作為進一步優(yōu)選的，利用AR模型基于艦船船體的歷史垂向升沉位移數(shù)據(jù)預報獲得垂向升沉位移預報值，具體包括如下步驟：

S11利用船體甲板上的慣性測量單元測得多組船體的六自由度位移；

S12將慣性測量單元測得的各組六自由度位移均折算為吊機頂端的垂向升沉位移，以此獲得多個垂向升沉位移；

S13利用多個垂向升沉位移對AR模型進行建模，以獲得參數(shù)已知的AR模型，然后利用該參數(shù)已知的AR模型對垂向升沉位移進行預報。

作為進一步優(yōu)選的，對預報獲得的垂向升沉位移進行插值處理。