本发明专利技术涉及海洋波浪补偿控制技术领域，提供一种用于海上舷梯的三自由度主动波浪补偿控制方法，包括以下步骤：S1、坐标系定义与变量设定，S2、坐标变换矩阵求解，S3、末端点E运动学正解，S4、末端点E运动学逆解求解，S5、补偿控制策略执行。本发明专利技术提供了实时感知波浪的运动状态并驱动相应的执行机构进行补偿的算法，通过模拟验证，舷梯末端点位置坐标最终稳定在目标位置，验证了补偿控制方法的准确性和有效性。采用本发明专利技术的波浪补偿控制方法可以有效地对抗由风浪引起的船舶横摇、纵摇、升沉等各种冲击，使得海上舷梯在恶劣环境条件下也能保持高度的稳定性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海洋波浪补偿控制，具体涉及一种用于海上舷梯的三自由度主动波浪补偿控制方法。
技术介绍
1、风电运维母船作为大型化的运维船舶，配备了先进的设备和工具，并搭载可升降的海上舷梯，不仅具备在深远海区域作业的能力，还能够在复杂多变的海洋环境中保持稳定的运维性能，对于海上风电平台的维护和检修发挥着重要作用。尤其遇到风电平台发生故障或需要紧急救援时，风电运维母船可以迅速抵达现场，通过升降栈道将运维人员快速输送到平台上，为及时处理故障和保障人员安全提供了有力的支持。运维人员通过海上舷梯直接到达风电平台的指定位置后，对风电平台的发电机组、电气设备、机械部件等进行全面的检修和维护，确保风电平台的正常运行和发电效率。
2、风电运维母船在实际应用中，也面临着一些问题。由于海洋环境的复杂多变，特别是风浪的影响，运维母船和舷梯可能会受到来自不同方向的波浪冲击，导致其产生如横摇、纵摇和艏摇等运动，使登乘舷梯与风电平台的衔接位置发生偏移，不仅会影响人员输送的正常进行，还可能带来安全隐患。因此，如何确保登乘舷梯与风电平台之间的稳定衔接，成为了风电运维船舶设计中的一个重要问题。
3、风电运维母船的风浪补偿控制是一种先进的技术手段，设计一种风电运维母船的海上舷梯主动波浪补偿控制方法，通过感知海上的风浪状况，并驱动相应的执行机构进行补偿，实时调整海上舷梯的姿态和位置，以抵消或降低风浪引起的晃动和振动，减少或消除因海上风浪对运维母船和海上舷梯产生的动态影响，确保运维人员在作业过程中的安全和稳定，成为亟待解决的问题。
技术实现思路
1、为解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供一种用于海上舷梯的三自由度主动波浪补偿控制方法，其设置有配置有升降塔和海上舷梯的船舶，升降塔上的海上舷梯升降台，海上舷梯升降台内安装有回转机构；所述海上舷梯的主体为舷梯，包括可相对伸缩移动的外舷梯、内舷梯；外舷梯端部连接于回转机构，外舷梯中部与回转机构之间连接有变幅机构；内舷梯末端点e为与风台平台的衔接点；其包括如下的步骤：
2、s1、坐标系定义与变量设定，包括：
3、s11、建立右手坐标系，包括主坐标系：大地坐标系g-frame、船舶运动坐标系h-frame、舷梯末端点e所在坐标系b-frame；
4、s12、确定坐标系之间的转换关系；
5、s13、建立平移坐标系p，以及局部坐标系：坐标系{o1}、坐标系{o2}、坐标系{o3}；
6、s2、坐标变换矩阵求解，包括：
7、s21、求解坐标系b-frame相对于g-frame的变换矩阵；
8、s22、求解坐标系h-frame相对于g-frame的齐次变换矩阵；
9、s3、末端点e运动学正解，包括：
10、s31、求解局部坐标系的坐标系{o1}、坐标系{o2}、坐标系{o3}相对于平移坐标系p的齐次变换矩阵；
11、s32、计算末端点e在大地坐标系g-frame下的坐标值ex、ey和ez；
12、s4、末端点e运动学逆解求解，包括：通过已知的末端点坐标值(ex、ey、ez)逆向求解执行机构的控制变量q1、q2和q3；
13、s5、补偿控制策略执行：将计算出的控制变量作为控制指令输入到执行机构，执行相应的回转、变幅和伸缩动作，实现对对舷梯末端点e的位置冲击补偿。
14、优选的方案中，步骤s11中：
15、大地坐标系g-frame依赖于全球定位系统建立，是地面参考系，以船舶所在地理坐标位置为原点，沿着东西-x、南北-y、上下-z方向建立，是一个右手坐标系，描述船舶、舷梯在地面参考系中的位置；
16、船舶运动坐标系h-frame是固定在船上的、以船舶的重心为原点、坐标轴与船舶的主轴平行的右手坐标系，描述船舶的横荡、纵荡、升沉运动；
17、舷梯末端点e所在坐标系b-frame是固定在舷梯末端点e上的坐标系，原点是舷梯回转中心点，坐标轴与舷梯的回转、变幅、伸缩运动相关联。
18、优选的方案中，步骤s12的具体过程包括：
19、确定从一个坐标系到另一个坐标系的变换矩阵，包括旋转矩阵、平移矩阵、齐次变换矩阵，用于将一个坐标系中的点转换到另一个坐标系中，其中：
20、s121、旋转矩阵用于描述坐标系之间的旋转关系；如果船舶相对于大地坐标系发生了旋转，这可以通过旋转矩阵来表示，该矩阵包含了余弦和正弦函数，以及旋转角度；
21、s122、平移矩阵用于描述坐标系原点之间的位移；如果船舶运动坐标系h-frame的原点在大地坐标系g-frame中发生了位移(dx,dy,dz)，则平移矩阵可以表示为：
22、
23、s123、齐次变换矩阵结合了旋转矩阵和平移矩阵，用于描述坐标系之间的完整转换关系；例如，如果b-frame相对于h-frame发生了旋转和平移，那么齐次变换矩阵可以表示为：
24、tb-frame＝tt·cb-frame
25、其中，cb-frame是b-frame相对于h-frame的旋转矩阵，tt是平移矩阵。
26、优选的方案中，步骤s13中：
27、平移坐标系{p}由坐标系b-frame通过平移得到，用于简化舷梯末端点e的坐标计算，它的原点p设置在舷梯的回转中心点，这个点在b-frame中的坐标为(px,py,pz)；
28、坐标系{o1}是在平移坐标系{p}的基础上通过绕z轴旋转得到的局部坐标系,它的旋转角度为q1，代表舷梯的回转运动；坐标系{o1}的原点位于{p}坐标系下的坐标(0，y1，0)，其中y1是从p点到{o1}原点沿y轴的距离；坐标系{o1}用于描述舷梯末端点e相对于舷梯的回转中心点的回转运动；
29、坐标系{o2}是在坐标系{o1}的基础上通过绕x轴旋转和平移得到的局部坐标系；它的旋转角度为q2，代表舷梯的变幅运动；坐标系{o2}的原点位于{o1}坐标系下的坐标(0，y1，0)，这里y1是从{o1}原点到{o2}原点沿y轴的距离；坐标系{o2}用于描述舷梯末端点e在水平面内的摆动，即变幅运动；
30、坐标系{o3}是在坐标系{o2}的基础上通过平移得到的局部坐标系；它的平移距离为y2，代表舷梯的伸缩机构运动；坐标系{o3}的原点位于{o2}坐标系下的坐标(0，y2，0)，其中y2是从{o2}原点到{o3}原点沿y轴的平移距离；坐标系{o3}用于描述舷梯末端点e的伸缩运动。
31、优选的方案中，步骤s21的具体过程包括：
32、b-frame相对于g-frame的变换矩阵，是一个齐次变换矩阵，它由旋转矩阵和平移向量组成，具体求解过程如下：
33、s211、确定坐标系b-frame相对于g-frame的旋转角度；这涉及到三个角度：绕z轴的旋转角度，即横摇，表示为ψ，绕y轴的旋转角度，即纵摇，表示为θ，以及绕x轴的旋转角度，即本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种用于海上舷梯的三自由度主动波浪补偿控制方法，其特征在于，其设置有配置有升降塔和海上舷梯的船舶，升降塔上的海上舷梯升降台，海上舷梯升降台内安装有回转机构(1)；所述海上舷梯的主体为舷梯，包括可相对伸缩移动的外舷梯(31)、内舷梯(32)；外舷梯(31)端部连接于回转机构(1)，外舷梯(31)中部与回转机构(1)之间连接有变幅机构(2)；内舷梯(32)末端点E为与风台平台的衔接点；其包括如下的步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于海上舷梯的三自由度主动波浪补偿控制方法，其特征在于，步骤S11中：
3.根据权利要求1所述的一种用于海上舷梯的三自由度主动波浪补偿控制方法，其特征在于，步骤S12的具体过程包括：
4.根据权利要求1所述的一种用于海上舷梯的三自由度主动波浪补偿控制方法，其特征在于，步骤S13中：
5.根据权利要求1所述的一种用于海上舷梯的三自由度主动波浪补偿控制方法，其特征在于：步骤S21的具体过程包括：
6.根据权利要求1所述的一种用于海上舷梯的三自由度主动波浪补偿控制方法，其特征在于：步骤S22的具体过程包括：
7.根据权利要求1所述的一种用于海上舷梯的三自由度主动波浪补偿控制方法，其特征在于，步骤S31的具体过程包括：
8.根据权利要求7所述的一种用于海上舷梯的三自由度主动波浪补偿控制方法，其特征在于，步骤S32的具体过程包括：
9.根据权利要求8所述的一种用于海上舷梯的三自由度主动波浪补偿控制方法，其特征在于，步骤S4的具体过程包括：
10.根据权利要求1所述的一种用于海上舷梯的三自由度主动波浪补偿控制方法，其特征在于，步骤S5中，采用闭环反馈策略控制执行机构响应相应指令，具体如下：
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【技术特征摘要】
1.一种用于海上舷梯的三自由度主动波浪补偿控制方法，其特征在于，其设置有配置有升降塔和海上舷梯的船舶，升降塔上的海上舷梯升降台，海上舷梯升降台内安装有回转机构(1)；所述海上舷梯的主体为舷梯，包括可相对伸缩移动的外舷梯(31)、内舷梯(32)；外舷梯(31)端部连接于回转机构(1)，外舷梯(31)中部与回转机构(1)之间连接有变幅机构(2)；内舷梯(32)末端点e为与风台平台的衔接点；其包括如下的步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于海上舷梯的三自由度主动波浪补偿控制方法，其特征在于，步骤s11中：
3.根据权利要求1所述的一种用于海上舷梯的三自由度主动波浪补偿控制方法，其特征在于，步骤s12的具体过程包括：
4.根据权利要求1所述的一种用于海上舷梯的三自由度主动波浪补偿控制方法，其特征在于，步骤s13中：
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘建成，张磊，洪学武，韩沛赤，江练金，何晓宁，郭铁泉，
申请(专利权)人：招商局海洋装备研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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