[發明專利]基于環境力前饋的浮托安裝模型試驗控制方法及系統

在審

• 申請號: 202010354805.1
• 申請日: 2020-04-29
• 公開（公告）號: CN111483569A
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 王磊;賀華成;于特;蔣旭
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B63B73/00
• 分類號: B63B73/00;B63B73/30
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 王一琦

本發明涉及一種基于環境力前饋的浮托安裝模型試驗控制方法，在船舶重心位置設置風速計、流速計和浪高儀，實時監測對應的風速、流速、波高，估算出船舶此時所受的環境載荷，提前將其加入到控制力：τ＝k_p*x+k_d*v+k_i*∫xdt+F_風前饋+F_流前饋+F_波浪前饋；本發明構建了整套動力定位浮托安裝模型試驗系統；減小了駁船的定位誤差，保證浮托安裝進船的順利進行；測量得到的數據信息對工程應用提供了較高的參考價值。

技術領域

本發明涉及一種基于環境力前饋的動力定位浮托安裝模型試驗控制系統，用于海上浮托安裝模型的動力定位，屬于海洋工程技術領域。

背景技術

對于大型海洋平臺上部組塊的安裝通常采用浮托安裝方法，由駁船載上部組塊進入導管架平臺的槽道，準確定位后，再進行上部組塊的載荷轉移等操作。進船階段是浮托安裝最為關鍵的階段，必須保證駁船能精準進入導管架平臺的槽道，同時保證與兩側的碰撞在一定的安全范圍內，否則容易出現安裝事故。在實際作業之前，通常要開展模型試驗驗證在指定的海況下，浮托安裝進船的可行性，測量相關數據，為實際安裝提供重要參考。

現有的浮托模型動力定位方法，采用純反饋控制，必須先有偏移才有力反饋，雖然有積分環節，但為了保證系統的穩定性，通常積分系數取值非常小。而實際控制中很容易受到外界的擾動而產生較大的偏移，在定位點附近來回震蕩，最終導致系統達不到要求的定位精度，使測量得到的數據信息難以對工程應用提供參考價值。

發明內容

本發明為了在模型試驗中完成動力定位浮托安裝，提出一種基于環境力前饋的控制系統，通過實時測量船舶重心處的風速、流速和波高，估算船舶此時所受的環境載荷，以前饋的形式加入反饋回路，能提前控制推進器產生相應推力，抵抗外載荷，阻止船舶的偏移，保證高精度的定位，順利完成浮托安裝進船。

本發明采取以下技術方案：

一種基于環境力前饋的浮托安裝模型試驗控制方法，由位置測量系統測量得到船舶的位置，該位置信息發送到濾波器中，由濾波器估算處船舶低頻位置x和低頻速度v；在船舶重心位置設置風速計、流速計和浪高儀，實時監測對應的風速、流速、波高，估算出船舶此時所受的環境載荷，提前將其加入到控制力：τ＝k_p*x+k_d*v+k_i*∫x dt+F_風前饋+F_波前饋+F_波浪前饋；

F_波浪＝2P_平均*η²；

式中k_p、k_d和k_i分別為PID控制器的比例系數、微分系數和積分系數，t表示的是時間；P(w,w，α)為指定艏向角α方向上的二階波浪力傳遞函數，其中α表示艏向角；S(w)為試驗時的波浪譜密度函數；η為波高，由浪高儀測量得到；

式中ρ_氣和ρ_水為氣體和水的密度，S_上和S_下分別為水線以上和水線以下的投影面積，特定艏向角下的S_下和S_上是已知量；C為力的系數，v_風為測量得到的風速，V_流為測得的流速。

一種上述試驗控制方法的系統，包括中心PID控制器、位置測量系統、濾波器、浪高儀，風速計、流速計、動力定位駁船；所述中心PID控制器、動力定位駁船、位置測量系統、濾波器、中心PID控制器依次連接；所述風速計、流速計、浪高儀分別與所述中心PID控制器連接。

本發明的有益效果在于：