[發明專利]非規則波浪的主動補償控制方法

在審

• 申請號: 202110052897.2
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112904742A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 董冠男;許媛媛;李廣建;呂彩霞;趙希旺;解翔
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 上海互順專利代理事務所(普通合伙) 31332
• 代理人: 裴姣姣

本發明提供了一種非規則波浪的主動補償控制方法，基于FLUENT平臺通過造價低廉、測量精確的數值造波技術和CFD技術獲得船舶在非規則波中所需補償的速度，且采用性能穩定、靈活多變的主動補償策略和PID控制?？刂品椒òǎ夯贑FD方法，在FLUENT平臺采用推板造波的方法模擬數值水池中的非規則波浪；結合動網格技術，仿真船舶在所述非規則波浪中的三維動網格，得到船舶垂蕩速度數據；建立主動波浪補償控制系統模型；基于SIMULINK平臺對波浪補償控制系統進行建模與仿真分析。本發明獲得的控制模型解決了船舶受海面海浪擾動而影響正常工作的問題，提高補償精度，降低研究成本。

技術領域

本發明涉及海工裝備波浪補償技術領域，尤其涉及一種非規則波浪的主動補償控制方法。

背景技術

在進行深海作業時，船舶必然會受到海面海浪的擾動，作業船體會上下起伏及左右搖擺。實施深海采礦、鋪設海底電纜和管道等工作的作業船一旦在波浪運動的作用下會發生較大幅度的搖擺晃動，會直接影響到海底作業的進行。加以艙面建筑物對甲板附近的氣流產生強烈的干擾，形成渦流等強烈的紊流流動，這給海上作業帶來了許多的不便和風險。因此，為保證船舶間貨物補給、艦載直升機起降、碼頭裝卸、救生艇收放等工作順利進行，波浪補償技術在海洋工程領域有著迫切的需求。

在研究波浪補償系統中，準確的獲取船舶運動速度(或位移)是提高補償精度的重要環節，目前常用的試驗方法是利用正弦曲線代替海浪，由加速度計和陀螺儀組成的慣性導航系統結合譜分析來獲取船舶的運動信息，但其測量誤差大，與實際海浪下的船舶運動相差較大。而物理造波是通過在波浪水池中使用造波機造出與海洋工程實際環境相匹配的波浪場，保證模型試驗結果的準確性和可靠性，但造價成本高，不易于改造。數值造波是一種基于計算機的流體力學仿真模擬程序，能夠在有界區域內實時模擬重力作用下的自由表面運動，逼真的模擬物理造波機所造出的各種波長。相比于物理造波的方法，具有造價低廉、使用方便、易于改造、測量精確等優勢。本發明從數值模擬角度出發，依托CFD方法，借助于FLUENT平臺，采用推板造波的方法模擬數值水池中的非規則水浪，以達到與實際環境相匹配。再結合動網格技術仿真船舶在所述非規則水浪中的運動，從介觀上得到船舶垂蕩數據。

對于傳統的被動補償，補償精度和靈敏度低，具有一定滯后性，常適用于補償精度要求較低的情況。主動式波浪補償系統能適應多種海況，補償精度大幅提高，性能穩定，作業安全性高，還可以根據實際情況選擇合適的控制策略，靈活多變，達到較好的補償效果。因此，本發明根據介觀理論和宏觀的主動波浪補償控制來提高補償精度。

發明內容

由于在研究波浪補償控制中，實際測量波浪是很困難的，使用正弦曲線代替波浪獲取船舶運動速度的試驗方法測量誤差大，與實際海浪下的船舶運動相差較大，而物理造波機使用繁瑣、難以改造。本發明的目的在于解決上述波浪補償系統存在的問題。

本發明的目的在于，提供一種在介觀上依托CFD仿真技術，采用數值推板造波，獲取船舶在非規則波中的垂蕩數據，在宏觀上對此主動補償的方法。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

步驟S1、基于CFD技術模擬獲取非規則波浪垂蕩的數據。

所述步驟S1進一步包含以下步驟：