用于海上廊桥与浮式平台搭接的力位控制系统及工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于海上廊桥与浮式平台搭接的力位控制系统及工作方法，所述力位控制系统中的主动运动补偿控制单元可补偿运维船以及海上浮式平台的六自由度运动，控制廊桥尖端点(廊桥桥体前端中心)跟随海上浮式平台搭接点(海上浮式平台某一适合搭接廊桥尖端点的位置)运动，使廊桥尖端点跟随海上浮式平台搭接点运动；廊桥尖端点与搭接点搭接后，力位控制系统中的力控制单元，使廊桥尖端点与搭接点之间保持恒定的期望三维接触力，避免尖端点与搭接点之间的三维接触力过大，对廊桥和海上浮式平台造成损伤。本发明专利技术能实现廊桥尖端点与搭接点的无固定搭接，便于廊桥紧急撤离，极大程度的提高了换乘作业的安全性。程度的提高了换乘作业的安全性。程度的提高了换乘作业的安全性。

【技术实现步骤摘要】
用于海上廊桥与浮式平台搭接的力位控制系统及工作方法


[0001]本专利技术涉及船舶与海洋工程领域，具体为一种用于海上廊桥与海上浮式平台搭接的力位控制系统及其工作方法，使海上廊桥能稳定搭接在海上浮式平台上，保障人员安全换乘。

技术介绍

[0002]随着海洋经济的发展，海上风电获得了巨大的发展。无论是近海的固定式风机平台还是深远海的浮式风机平台都需要定期维护和保养，通过运维船将运维人员转运到海上风机平台是最为经济、安全和便捷的方式。将海上廊桥安装在运维船上，可以在运维船与海上风机平台之间建立起海上人员和物资的转运通道。本专利设计了一种用于海上廊桥与海上浮式平台搭接的力位控制系统，使海上廊桥稳定搭接在浮式平台上，从而保障运维人员在运维船与海上浮式平台之间进行安全换乘。
[0003]中国专利技术专利CN110761172A公开了一种伸缩式栈桥系统及其控制方法，该栈桥安装于支持平台或支持船上，包括回转、变幅、伸缩机构及运动补偿控制系统，栈桥移动段前端设有着床装置和斜梯；运动补偿控制系统可补偿支持平台或支持船的六自由度运动，并通过增加栈桥伸缩方向的位移，实现栈桥末端给海上固定式平台施加适当的接触力。由于该栈桥主要用于支持船与海上固定式平台之间的人员换乘，因此，没有补偿海上平台运动的功能，不能保障运维人员在运维船与海上浮式平台之间进行安全换乘。
[0004]中国专利技术专利CN13104153A公开了一种海上换乘栈桥波浪补偿控制系统及其工作方法，所述波浪补偿控制系统包括液压执行机构、测量系统、电液伺服阀、波浪补偿控制单元、控制箱、PLC和主控计算机。该栈桥桥体前端与目标船上的换乘点搭接固定后，回转、俯仰和伸缩机构是通过被动方式来补偿两船运动对栈桥的干扰，因此，该栈桥没有对栈桥桥体前端与目标船换乘点之间的接触力进行控制的功能，当海况变化引起的两船运动对栈桥的扰动过大时，会导致栈桥桥体前端与目标船换乘点之间的接触力过大，将造成栈桥和目标船的损伤。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术存在的上述问题，本专利技术要提供一种用于海上廊桥与浮式平台搭接的力位控制系统及工作方法，其力位控制系统中的主动运动补偿控制单元可补偿运维船以及海上浮式平台的六自由度运动，控制廊桥尖端点(廊桥桥体前端中心)跟随海上浮式平台搭接点(海上浮式平台某一适合搭接廊桥尖端点的位置)运动，使廊桥尖端点跟随海上浮式平台搭接点运动；廊桥尖端点与搭接点搭接后，力位控制系统中的力控制单元，使廊桥尖端点与搭接点之间保持恒定的期望三维接触力，避免尖端点与搭接点之间的三维接触力过大，对廊桥和海上浮式平台造成损伤。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0007]用于海上廊桥与海上浮式平台搭接的力位控制系统，包括海上廊桥和力位控制系
统；
[0008]所述海上廊桥包括桥体、基座、转运甲板和液压执行机构；所述桥体由桥体固定部分和桥体伸缩部分组成；所述基座固定安装在运维船甲板上；所述液压执行机构包括第一液压马达、液压缸和第二液压马达；所述第一液压马达用于驱动转运甲板和桥体产生回转运动；所述液压缸，用于驱动桥体绕连接转运甲板和桥体固定部分的轴产生俯仰运动；所述第二液压马达，用于驱动桥体伸缩部分沿着桥体固定部分移动；
[0009]所述力位控制系统包括运动参考单元即MRU、摄像头、尖端点随动期望位置计算单元、主动运动补偿控制单元和力控制单元；所述MRU安装在运维船上，用于测量运维船的横摇x、纵摇y、升沉z、横荡纵荡θ和艏摇ψ共六自由度运动状态，记
[0010]为了便于说明尖端点位置，根据右手法则定义惯性坐标系O XYZ，其坐标原点O为地球表面上任何一点，OX轴指向正北，OY轴指向正东，OZ轴指向地心。所述摄像头安装在桥体下表面的近尖端点处，用于测量尖端点与搭接点之间在OX坐标上的相对位置在OY坐标上的相对位置和在OZ坐标上的相对位置记表示尖端点与搭接点的相对位置向量；
[0011]所述尖端点随动期望位置计算单元包括运动学正解模块。廊桥操作人员根据搭接点所在位置以及实际搭接作业需求将尖端点期望位置设定为搭接点上方某一合适位置，其在惯性坐标系O XYZ下OX坐标、OY坐标和OZ坐标上的期望位置分别为和记表示尖端点期望位置向量；所述运动学正解模块根据MRU测得的运维船六自由度运动状态，解算出运维船六自由度运动引起的尖端点在OX坐标上的位置变化量在OY坐标上的位置变化量和在OZ坐标上的位置变化量记表示运维船六自由度运动引起的尖端点的位置变化向量；尖端点随动期望位置计算单元接收来自于摄像头的尖端点与搭接点之间的相对位置向量ΔX
s
，再根据操作人员设定的尖端点期望位置向量X
r
以及运维船六自由度运动引起的尖端点位置变化向量ΔX
c
，计算出保持尖端点与搭接点相对位置不变的尖端点随动期望位置向量X
d
；
[0012]所述主动运动补偿控制单元包括传感器单元、运动学反解模块和运动补偿控制器；
[0013]所述传感器单元包括用于测量第一液压马达实际旋转角h1的第一编码器、测量液压缸实际伸缩位移h2的位移传感器和测量第二液压马达实际旋转角h3的第二编码器；记h＝[h1，h2，h3]T
表示液压执行机构的实际位置向量；
[0014]所述运动学反解模块，接收来自于尖端点随动期望位置计算单元的尖端点随动期望位置向量X
d
和来自于力控制单元的尖端点随动期望位置修正向量ΔX，计算出为保持恒定期望三维接触力的修正后随动期望位置向量X
d
′
＝X
d
‑
ΔX，根据廊桥的运动学方程和X
d
′
，计算出转运甲板和桥体的期望回转角q
d1
、桥体的期望俯仰角q
d2
和桥体的期望伸缩位移q
d3
，记q
d
＝[q
d1
，q
d2
，q
d3
]T
；进一步，再根据第一液压马达减速器的减速比，计算出使转运甲板和桥体跟踪其期望回转角q
d1
的第一液压马达期望旋转角h
d1
，根据液压缸伸缩量与桥体俯仰
角的几何关系，计算出使桥体跟踪其期望俯仰角q
d2
的液压缸的期望伸缩量h
d2
，根据第二液压马达减速器的减速比，计算出使桥体跟踪其期望伸缩位移q
d3
的第二液压马达的期望旋转角h
d3
，记h
d
＝[h
d1
，h
d2
，h
d3
]T
表示液压执行机构的期望位置向量；
[0015]所述运动补偿控制器，接收来自于运动学反解模块的第一液压马达的期望旋转角h
d1
、液压缸的期望伸缩量h
d2
、第二液压马达的期望旋转角h
d3
，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于海上廊桥与海上浮式平台搭接的力位控制系统，其特征在于：包括海上廊桥和力位控制系统；所述海上廊桥包括桥体、基座(1)、转运甲板(3)和液压执行机构；所述桥体由桥体固定部分(6)和桥体伸缩部分(7)组成；所述基座(1)固定安装在运维船甲板上；所述液压执行机构包括第一液压马达(2)、液压缸(4)和第二液压马达(5)；所述第一液压马达(2)用于驱动转运甲板(3)和桥体产生回转运动；所述液压缸(4)，用于驱动桥体绕连接转运甲板(3)和桥体固定部分(6)的轴产生俯仰运动；所述第二液压马达(5)，用于驱动桥体伸缩部分(7)沿着桥体固定部分(6)移动；所述力位控制系统包括运动参考单元即MRU、摄像头(9)、尖端点随动期望位置计算单元、主动运动补偿控制单元和力控制单元；所述MRU安装在运维船上，用于测量运维船的横摇x、纵摇y、升沉z、横荡纵荡θ和艏摇ψ共六自由度运动状态，记为了便于说明尖端点位置，根据右手法则定义惯性坐标系O_XYZ，其坐标原点O为地球表面上任何一点，OX轴指向正北，OY轴指向正东，OZ轴指向地心；所述摄像头(9)安装在桥体下表面的近尖端点处，用于测量尖端点与搭接点之间在OX坐标上的相对位置Δx
sx
°
、在OY坐标上的相对位置Δx
sy
°
和在OZ坐标上的相对位置Δx
sz
°
，记ΔX
s
＝[Δx
sx
°
，Δx
sy
°
，Δx
sz
°
]
T
表示尖端点与搭接点的相对位置向量；所述尖端点随动期望位置计算单元包括运动学正解模块；廊桥操作人员根据搭接点所在位置以及实际搭接作业需求将尖端点期望位置设定为搭接点上方某一合适位置，其在惯性坐标系O_XYZ下OX坐标、OY坐标和OZ坐标上的期望位置分别为x
rx
°
、x
ry
°
和x
rz
°
，记X
r
＝[x
rx
°
，x
ry
°
，x
rz
°
]
T
表示尖端点期望位置向量；所述运动学正解模块根据MRU测得的运维船六自由度运动状态，解算出运维船六自由度运动引起的尖端点在OX坐标上的位置变化量Δx
cx
°
、在OY坐标上的位置变化量Δx
cy
°
和在OZ坐标上的位置变化量Δx
cz
°
，记ΔX
c
＝[Δx
cx
°
，Δx
cy
°
，Δx
cz
°
]
T
表示运维船六自由度运动引起的尖端点的位置变化向量；尖端点随动期望位置计算单元接收来自于摄像头(9)的尖端点与搭接点之间的相对位置向量ΔX
s
，再根据操作人员设定的尖端点期望位置向量X
r
以及运维船六自由度运动引起的尖端点位置变化向量ΔX
c
，计算出保持尖端点与搭接点相对位置不变的尖端点随动期望位置向量X
d
；所述主动运动补偿控制单元包括传感器单元、运动学反解模块和运动补偿控制器；所述传感器单元包括用于测量第一液压马达(2)实际旋转角h1的第一编码器、测量液压缸(4)实际伸缩位移h2的位移传感器和测量第二液压马达(5)实际旋转角h3的第二编码器；记h＝[h1，h2，h3]
T
表示液压执行机构的实际位置向量；所述运动学反解模块，接收来自于尖端点随动期望位置计算单元的尖端点随动期望位置向量X
d
和来自于力控制单元的尖端点随动期望位置修正向量ΔX，计算出为保持恒定期望三维接触力的修正后随动期望位置向量X
d
′
＝X
d
‑
ΔX，根据廊桥的运动学方程和X
d
′
，计算出转运甲板(3)和桥体的期望回转角q
d1
、桥体的期望俯仰角q
d2
和桥体的期望伸缩位移q
d3
，记q
d
＝[q
d1
，q
d2
，q
d3
]
T
；进一步，再根据第一液压马达(2)减速器的减速比，计算出使转运甲板(3)和桥体跟踪其期望回转角q
d1
的第一液压马达(2)期望旋转角h
d1
，根据液压缸(4)伸缩量与桥体俯仰角的几何关...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜佳璐，李治磊，刘文吉，李萌，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：