CN110188493B - 船舶减摇控制方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种船舶减摇控制方法、装置及系统；在获取波浪参数、船舶横摇参数及减摇水舱参数之后，采用预先建立的周期匹配模型对波浪参数、船舶横摇参数、减摇水舱参数进行处理，得到减摇水舱的理想液位高度；从而根据理想液位高度及当前液位高度，生成液位控制指令；将液位控制指令发送至减摇水舱的水位控制装置，以使水位控制装置对减摇水舱的液位高度进行调节，实现船舶的减摇。本发明提高了减摇水舱对船舶的减摇率，从而提升了减摇效果。
Description
技术领域
本发明涉及船舶减摇控制技术领域，尤其是涉及一种船舶减摇控制方法、装置及系统。
背景技术
海工船在深远海域航行/作业时，受到波浪、海风及海流等海洋环境扰动的作用，将产生六个自由度的摇荡运动，其中又以横摇运动的影响最大。这主要是因为船舶的横摇运动阻尼较小，当波浪的频率接近船舶的固有频率时，会使船舶产生剧烈横向摇摆，这不但影响船舶的航行，降低作业率和舒适性，而且还会给船舶上的设备、货物和人员带来不安全因素，甚至还会导致船舶的倾覆。现有技术中借助被动可调减摇水舱来减小船舶的横摇运动幅度，以提高船舶的舒适性和安全性；然而采用确定性的周期调节逻辑难以应对复杂的海上环境，使水舱的减摇率较低，减摇效果差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种船舶减摇控制方法、装置及系统，以提高减摇水舱对船舶的减摇率，提升减摇效果。
第一方面，本发明实施例提供了一种船舶减摇控制方法，该方法应用于船舶的中央控制器；船舶上设置有减摇水舱；中央控制器与减摇水舱的水位控制装置连接；该方法包括：获取波浪参数、船舶横摇参数及减摇水舱参数；减摇水舱参数包括减摇水舱的固有参数及当前液位高度；根据波浪参数、船舶横摇参数、减摇水舱参数及预先建立的周期匹配模型，确定减摇水舱的理想液位高度；根据理想液位高度及当前液位高度，生成液位控制指令；将液位控制指令发送至水位控制装置，以使水位控制装置对减摇水舱的液位高度进行调节，实现船舶的减摇。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述周期匹配模型通过以下方式建立：获取训练样本；训练样本中包含多组减摇实测数据；减摇实测数据包括通过实际测量得到的波浪参数、船舶横摇参数、减摇参数及减摇率；根据预设的模型架构，建立机器学习的网络结构；将训练样本输入至网络结构中进行训练，得到周期匹配模型。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述根据波浪参数、船舶横摇参数、减摇水舱参数及预先建立的周期匹配模型，确定减摇水舱的理想液位高度，包括：根据双共振减摇原理，通过波浪参数、船舶横摇参数及减摇水舱参数，计算得到减摇水舱的理论液位高度；通过预先建立的周期匹配模型对理论液位高度进行修正，确定理想液位高度。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述船舶横摇参数包括船舶横摇周期；固有参数包括水舱宽度；上述根据双共振减摇原理，通过波浪参数、船舶横摇参数及减摇参数，计算得到减摇水舱的理液位高度，包括：
通过下述公式，计算当减摇水舱横摇周期TN与船舶横摇周期Tφ相等时的理论液位高度：
其中，TN为减摇水舱横摇周期；h为理论液位高度，b为水舱宽度，g为重力加速度。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述根据理想液位高度及当前液位高度，生成液位控制指令，包括：计算得到理想液位高度及当前液位高度的高度差；根据高度差及预先获取的控制参数，生成液位控制指令。
第二方面，本发明实施例还提供一种船舶减摇控制装置，该装置设置于船舶的中央控制器；船舶上设置有减摇水舱；中央控制器与减摇水舱的水位控制装置连接；该装置包括：参数获取模块，用于获取波浪参数、船舶横摇参数及减摇水舱参数；减摇水舱参数包括减摇水舱的固有参数及当前液位高度；液位高度确定模块，用于根据波浪参数、船舶横摇参数、减摇水舱参数及预先建立的周期匹配模型，确定减摇水舱的理想液位高度；指令生成模块，用于根据理想液位高度及当前液位高度，生成液位控制指令；指令发送模块，用于将液位控制指令发送至水位控制装置，以使水位控制装置对减摇水舱的液位高度进行调节，实现船舶的减摇。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，上述周期匹配模型通过以下方式建立：获取训练样本；训练样本中包含多组减摇实测数据；减摇实测数据包括通过实际测量得到的波浪参数、船舶横摇参数、减摇参数及减摇率；根据预设的模型架构，建立机器学习的网络结构；将训练样本输入至网络结构中进行训练，得到周期匹配模型。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，上述液位高度确定模块还包括：理论液位高度计算单元，用于根据双共振减摇原理，通过波浪参数、船舶横摇参数及减摇参数，计算得到减摇水舱的理论液位高度；液位高度修正单元，用于通过预先建立的周期匹配模型对理论液位高度进行修正，确定理想液位高度。
结合第二方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，上述船舶横摇参数包括船舶横摇周期；固有参数包括水舱宽度；理论液位高度计算单元还用于：
通过下述公式，计算当减摇水舱横摇周期TN与船舶横摇周期Tφ相等时的理论液位高度：
其中，TN为减摇水舱横摇周期；h为理论液位高度，b为水舱宽度，g为重力加速度。
第三方面，本发明实施例还提供一种船舶减摇控制系统，该系统包括中央控制器及减摇水舱；上述装置设置于中央控制器。
本发明实施例带来了以下有益效果：本发明实施例提供了一种船舶减摇控制方法、装置及系统；在获取波浪参数、船舶横摇参数及减摇水舱参数之后，采用预先建立的周期匹配模型对波浪参数、船舶横摇参数、减摇水舱参数进行处理，得到减摇水舱的理想液位高度；从而根据理想液位高度及当前液位高度，生成液位控制指令；将液位控制指令发送至减摇水舱的水位控制装置，以使水位控制装置对减摇水舱的液位高度进行调节，实现船舶的减摇。该方式提高了减摇水舱对船舶的减摇率，从而提升了减摇效果。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明的上述技术即可得知。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种船舶减摇控制方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的双共振原理示意图；
图3为本发明实施例提供的立柱式减摇水舱的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的多孔板式减摇水舱的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的框架式减摇水舱的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的双框架减摇水舱的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的三框架结构减摇水舱的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的四框架结构减摇水舱的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的采用势流+粘流方式的减摇性能仿真结果示意图；
图10为本发明实施例提供的一种基于机器学习的船舶减摇模型的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的一种船舶减摇控制装置的结构示意图；
图12为本发明实施例提供的一种船舶减摇控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，全球能源日趋紧张，陆上油气资源日益匮乏，对海洋油气资源的勘探和开采成为必然的选择。我国南海深海海域油气的勘探和开采离不开海工作业船的设计和建造，海工作业船作为油气资源开发的核心装备，主要服务于人员设备运输和钻井平台作业。
海工船在深远海域航行/作业时，受到波浪、海风及海流等海洋环境扰动的作用，将产生六个自由度的摇荡运动，其中又以横摇运动的影响最大。这主要是因为船舶的横摇运动阻尼较小，当波浪的频率接近船舶的固有频率时，会使船舶产生剧烈横向摇摆，这不但影响船舶的航行，降低作业率和舒适性，而且还会给船舶上的设备、货物和人员带来不安全因素，甚至还会导致船舶的倾覆。因此，通常会借助减摇装置来减小船舶的横摇运动幅度，提高船舶的舒适性和安全性。目前在海工作业船使用的减摇装置中，能够满足周期可调要求的主要有被动可调减摇水舱、零航速减摇鳍和陀螺减摇装置。
其中，被动可调减摇水舱的基本思路是通过各种途径获取船体和水舱的周期，以此来判断周期是否匹配，如果不匹配，则需要调整水舱的周期，以达到周期匹配；零航速减摇鳍主要利用扑翼理论或者划水原理进行减摇，需要由动力装置驱动鳍来回划水或上下摆动，来产生减摇力矩进行减摇；陀螺减摇装置则是利用高速旋转的陀螺具有自扶正特性进行减摇的。由动力装置驱动质量块高速旋转，当船体摇动后，陀螺的自扶正力矩作用在船体上，抵消部分横摇力矩，达到减摇的目的。
现阶段减摇水舱面临的问题主要出现在以下两方面：
(1)船舶横摇周期和水舱周期不匹配，以及减摇水舱内部阻尼结构可能过多，导致的水舱减摇效果有限。
(2)海上环境条件十分复杂，采用确定性的周期调节逻辑难以全面、准确地应对由船舶吃水、波浪周期、波浪高度、水舱水位、水舱周期等多因素交叉的复杂需求，使水舱的减摇效果不理想。
基于此，本发明实施例提供了一种船舶减摇控制方法、装置以及系统，可以应用于船舶或其他海上运输工具的减摇工作。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种船舶减摇控制方法进行详细介绍。
参见图1所示的一种船舶减摇控制方法的流程图，该方法应用于船舶的中央控制器；船舶上设置有减摇水舱；中央控制器与减摇水舱的水位控制装置连接；该方法包括以下步骤：
步骤S100：获取波浪参数、船舶横摇参数及减摇水舱参数；减摇水舱参数包括减摇水舱的固有参数及当前液位高度。
上述波浪参数可以包括波浪类型、波浪周期及浪高等，可以通过设置在船上或者随船运动的传感器检测到；上述船舶横摇参数可以包括船舶固有参数，如船舶尺寸、船舶重量等，还可以包括通过船舶上的检测装置检测到的当前的船舶横摇周期等；上述减摇水舱参数可以包括减摇水舱的固有参数，如减摇水舱的尺寸、重量等，还包括减摇水舱的当前液位高度。
步骤S102：根据波浪参数、船舶横摇参数、减摇水舱参数及预先建立的周期匹配模型，确定减摇水舱的理想液位高度。
上述预先建立的周期匹配模型可以为通过神经网络学习建立的，也可以为通过机器学习的方法建立的，也可以为通过大量数据分析得到的数学模型；将波浪参数、船舶横摇参数、减摇水舱参数输入到该周期匹配模型中，周期匹配模型可以输出在当前海面情况下，减摇率最大时减摇水舱的理想液位高度。
步骤S104：根据理想液位高度及当前液位高度，生成液位控制指令。
具体地，首先可以计算得到理想液位高度及当前液位高度的高度差；然后根据高度差及预先获取的控制参数，生成液位控制指令；上述控制参数与减摇水舱本身的参数有关；如放水量与液位高度的关系，注水量与液位高度的关系；当理想液位高度高于当前液位高度时，生成的液位控制指令可以包括注水量；当理想液位高度低于当前液位高度时，生成的液位控制指令可以包括放水量。
步骤S106：将液位控制指令发送至水位控制装置，以使水位控制装置对减摇水舱的液位高度进行调节，实现船舶的减摇。
具体地，将生成的液位控制指令发送至减摇水舱的水位控制装置，该水位控制装置根据液位控制指令进行放水或注水，是减摇水舱的液位高度达到理想液位高度，实现最大的减摇率，从而达到较好的减摇效果。
本发明实施例提供了一种船舶减摇控制方法；在获取波浪参数、船舶横摇参数及减摇水舱参数之后，采用预先建立的周期匹配模型对波浪参数、船舶横摇参数、减摇水舱参数进行处理，得到减摇水舱的理想液位高度；从而根据理想液位高度及当前液位高度，生成液位控制指令；将液位控制指令发送至减摇水舱的水位控制装置，以使水位控制装置对减摇水舱的液位高度进行调节，实现船舶的减摇。该方法提高了减摇水舱对船舶的减摇率，从而提升了减摇效果。
上述减摇水舱是利用“双共振原理”来达到减摇目的的，所谓“双共振原理”是指：“波浪—船体”共振：当波浪产生的倾斜力矩周期等于船体横摇周期时，发生共振，并且横摇角滞后波浪倾斜力矩90°相位角；“船体—水舱”共振：当船体横摇周期等于水舱固有周期时，也发生共振，并滞后船体横摇90°相位角；具体参见图2所示的双共振原理示意图。
因此，减摇力矩滞后波浪倾斜力矩180°相位角，减摇水舱中的减摇力矩和波浪倾斜力矩始终相反，互相抵消，所以船舶横摇得以减缓，如下图所示。此外，还需灵活调节减摇水舱的周期，使船舶的固有周期与减摇水舱的周期保持一致，从而实现减摇。
采用该原理的减摇水舱的详细设计方案如下：
1)基于理论分析，采用单纯横摇法确定减摇水舱的长度、宽度及高度等主尺度。
根据基本公式，估算船舶的横摇固有周期如下：
矩形平面被动水舱的固有周期由势流理论推导得到，计算公式如下：
减摇水舱是利用“双共振”原理进行减摇的，即船舶横摇固有周期和水舱固有周期相等时，效果最佳。因此，减摇水舱主尺度参数的确定是基于船舶和水舱固有周期匹配原则进行的。
减摇水舱的长度主要影响到水舱的装水量，而水舱减摇效果随着装水量的增加而增加，所以，在满足方案要求的前提下，尽可能选择较大的水舱长度，以使得减摇效果最大化。水舱宽度主要影响舱内水体产生的减摇力矩大小有关，宽度越大，力臂越大，减摇力矩也越大，因此水舱宽度一般选择最大允许宽度，即船宽。水舱高度主要由液深确定，而液深的确定则是基于周期匹配原则进行的，而液深通常为水舱高度的50％～70％。
(2)提出多种内部结构形式，基于势流+粘流的仿真分析法计算不同方案的减摇率，通过正交试验法确定最佳的内部结构设计方案。
选取立柱式、多孔板式和框架式三种结构形式进行研究；立柱式的结构示意图如图3所示；多孔板式的结构示意图如图4所示；框架式的结构示意图如图5所示；从减摇效果、结构重量、加工工艺以及人员通过性几个方面出发，将“框架式”结构作为减摇水舱内部结构形式。
针对“框架式”，提出了框架形式、框架尺寸和框架位置等三个因素，如下图所示。框架形式选取双框架结构、三框架结构和四框架结构，其结构示意图分别如图6、图7及图8所示，框架尺寸选取400mm、450mm和500mm，框架位置d/B选取15％，25％和35％。
根据前面给出的3个因素，3个位级，不考虑因素间交互作用，采用正交实验法，设计27组仿真计算组合，采用“势流+粘流”的方法计算减摇水舱的减摇率。
“势流+粘流”是指船舶外域问题(即船体和外界波浪相互作用)采用势流方法进行求解，而内域问题(水舱内水体的和船体相互作用)采用考虑流体粘性影响的粘流方法进行模拟，通过建立两者的耦合方程，对减摇性能进行仿真分析，其仿真结果示意图如图9所示。
选定减摇率最优的组合确定最终的水舱内部结构方案，即框架尺寸为450mm、框架位置d/B为15％的三框架形式，并通过水池的模型试验进行验证。
基于上述方法得到的减摇水舱的减摇性能较好。
在实际中，上述周期匹配模型可以采用机器学习或者神经网络的方法建立；以基于机器学习为例，建立周期匹配模型的具体方式如下：
(1)获取训练样本；训练样本中包含多组减摇实测数据；减摇实测数据包括通过实际测量得到的波浪参数、船舶横摇参数、减摇参数及减摇率。
(2)根据预设的模型架构，建立机器学习的网络结构。
具体地，以水舱液位作为水舱周期的调节变量，基于实时测量提示法，通过船舶姿态测量仪记录船舶周期，通过压力式液位传感器记录水舱周期，构成感知层；通过减摇水舱泵及相关控制设备构成减摇水舱的控制柜，实现水舱的液位调节，构成控制层；基于感知和控制，构建减摇水舱的决策层，通过减摇水舱的触摸屏实现控制策略调节，其结构示意图如图10所示；在图10中以具有两个减摇水舱为例，一个为1号减摇水舱，另一个为2号减摇水舱；感知层中包括了能够通过各种测量仪测量到的参数，分析层用于根据各种参数进行最终结果分析，而决策层用于把通过分析层得到的控制结果发送到各个实际控制装置，如触摸控制屏1及2、报警蜂鸣器及机舱报警系统等。
(3)将训练样本输入至网络结构中进行训练，得到周期匹配模型。
通过实船海上作业，积累船舶作业过程中船舶吃水、波浪周期、波浪高度、水舱水位、水舱周期等实时测量数据，分析其内在关系及对减摇水舱减摇率的影响，通过机器学习，基于数据积累寻找最优的减摇机制，构成分析层，反馈到决策层，实现减摇水舱的智能周期调节，该过程即为模型的训练过程。
上述方法基于确定性的周期调节逻辑实现减摇水舱的周期调节；在运营过程中基于机器学习，通过水舱周期、船舶周期、波浪周期、波浪高度等多种数据的积累与分析，优化减摇机制，使减摇水舱的效果始终保持最佳。
此外，当上述周期匹配模型为通过大量数据得到的可以进行理论液位高度修正的数学模型时，上述步骤S102还可以通过以下方式实现：
(1)根据双共振减摇原理，通过波浪参数、船舶横摇参数及减摇水舱参数，计算得到减摇水舱的理论液位高度。
此时船舶横摇参数包括船舶横摇周期；固有参数包括水舱宽度；通过下述公式，可以计算当减摇水舱横摇周期TN与船舶横摇周期Tφ相等时的理论液位高度：
其中，TN为减摇水舱横摇周期；h即为所求的理论液位高度，b为水舱宽度，g为重力加速度。
(2)通过预先建立的周期匹配模型对理论液位高度进行修正，确定理想液位高度。
在一些实施例中，该周期匹配模型是在船舶行驶中，根据实验数据建立的，具体如下：
(1)通过船载波浪雷达获取波浪周期、波高等波浪参数，通过船载运动姿态测量仪获取船舶的横摇周期，通过水舱内的液位传感器获取水舱的液位高度以及水舱的周期。
(2)根据前面所述的周期匹配机理计算水舱的液位高度，通过水舱的控制柜，利用水舱泵通过打水/排水来调整水舱的液位高度，进而调节水舱的周期，使其匹配船舶的横摇周期；根据水舱内的液位传感器测量实际的水舱周期，进行周期的匹配校核，不满足，进一步调整水舱的液位高度。
(3)在不同的海况条件下(波浪周期、波高的组合)，计算减摇水舱的减摇率，并统计船舶横摇运动周期和水舱周期的匹配性，基于数据分析，对水舱的液位高度计算公式进行修正，以保证最佳的减摇效果。
(4)由于波浪具有随机性，因此船舶的横摇运动周期也有随机性，在不同的波高条件下，统计船舶横摇运动周期与水舱周期的差值对减摇率的影响，基于数据分析，在保证减摇效果的基础上，尽可能的减小水舱液位高度的调整频率。
采用上述周期匹配模型对船舶进行减摇处理时，对减摇周期的调节比较灵活。基于确定性的周期调节逻辑实现减摇水舱的周期调节；在运营过程中基于机器学习，通过水舱周期、船舶周期、波浪周期、波浪高度等多种数据的积累与分析，优化减摇机制，使减摇水舱的效果可以始终保持最佳。
对应于上述实施例，本发明实施例还提供一种船舶减摇控制装置，其结构示意图如图11所示。该装置设置于船舶的中央控制器；船舶上设置有减摇水舱；中央控制器与减摇水舱的水位控制装置连接；该装置包括：参数获取模块110，用于获取波浪参数、船舶横摇参数及减摇水舱参数；减摇水舱参数包括减摇水舱的固有参数及当前液位高度；液位高度确定模块112，用于根据波浪参数、船舶横摇参数、减摇水舱参数及预先建立的周期匹配模型，确定减摇水舱的理想液位高度；指令生成模块114，用于根据理想液位高度及当前液位高度，生成液位控制指令；指令发送模块116，用于将液位控制指令发送至水位控制装置，以使水位控制装置对减摇水舱的液位高度进行调节，实现船舶的减摇。
在实际中，上述周期匹配模型可以通过以下方式建立：
(1)获取训练样本；训练样本中包含多组减摇实测数据；减摇实测数据包括通过实际测量得到的波浪参数、船舶横摇参数、减摇参数及减摇率；
(2)根据预设的模型架构，建立机器学习的网络结构；
(3)将训练样本输入至网络结构中进行训练，得到周期匹配模型。
进一步地，上述液位高度确定模块还包括理论液位高度计算单元及液位高度修正单元；理论液位高度计算单元用于根据双共振减摇原理，通过波浪参数、船舶横摇参数及减摇参数，计算得到减摇水舱的理论液位高度；液位高度修正单元用于通过预先建立的周期匹配模型对理论液位高度进行修正，确定理想液位高度。
进一步地，上述船舶横摇参数包括船舶横摇周期；固有参数包括水舱宽度；理论液位高度计算单元还用于：
通过下述公式，计算当减摇水舱横摇周期TN与船舶横摇周期Tφ相等时的理论液位高度：
其中，TN为减摇水舱横摇周期；h为理论液位高度，b为水舱宽度，g为重力加速度。
本发明实施例提供的船舶减摇控制装置，与上述实施例提供的船舶减摇控制方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
本发明实施例还提供一种船舶减摇控制系统，其结构示意图如图12所示；该系统包括中央控制器120及减摇水舱130；上述装置设置于中央控制器。
本发明实施例所提供的船舶减摇控制方法、装置以及系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和/或装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种船舶减摇控制方法，其特征在于，所述方法应用于船舶的中央控制器；所述船舶上设置有减摇水舱，所述减摇水舱为三框架形式，将所述减摇水舱内部横向门字形框架的单边宽度尺寸确定为框架尺寸，并将所述减摇水舱内两个框架距水舱两端的距离确定为框架位置，所述框架尺寸为450mm，所述框架位置d/B为15％；所述中央控制器与所述减摇水舱的水位控制装置连接；所述方法包括：
获取波浪参数、船舶横摇参数及减摇水舱参数；所述减摇水舱参数包括所述减摇水舱的固有参数及当前液位高度；
根据所述波浪参数、所述船舶横摇参数、所述减摇水舱参数及预先建立的周期匹配模型，确定所述减摇水舱的理想液位高度；
根据所述理想液位高度及所述当前液位高度，生成液位控制指令；
将所述液位控制指令发送至所述水位控制装置，以使水位控制装置对减摇水舱的液位高度进行调节，实现所述船舶的减摇；
其中，根据双共振减摇原理，通过所述波浪参数、所述船舶横摇参数及所述减摇水舱参数，计算得到所述减摇水舱的理论液位高度；
通过所述预先建立的周期匹配模型对所述理论液位高度进行修正，确定所述理想液位高度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述周期匹配模型通过以下方式建立：
获取训练样本；所述训练样本中包含多组减摇实测数据；所述减摇实测数据包括通过实际测量得到的波浪参数、船舶横摇参数、减摇参数及减摇率；
根据预设的模型架构，建立机器学习的网络结构；
将所述训练样本输入至所述网络结构中进行训练，得到所述周期匹配模型。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述船舶横摇参数包括船舶横摇周期；所述固有参数包括水舱宽度；所述根据双共振减摇原理，通过所述波浪参数、所述船舶横摇参数及所述减摇水舱参数，计算得到所述减摇水舱的理液位高度，包括：
通过下述公式，计算当减摇水舱横摇周期TN与船舶横摇周期Tφ相等时的理论液位高度：
其中，TN为所述减摇水舱横摇周期；h为所述理论液位高度，b为所述水舱宽度，g为重力加速度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述理想液位高度及所述当前液位高度，生成液位控制指令，包括：
计算得到所述理想液位高度及所述当前液位高度的高度差；
根据所述高度差及预先获取的控制参数，生成液位控制指令。
5.一种船舶减摇控制装置，其特征在于，所述装置设置于船舶的中央控制器；所述船舶包括船舶本体及减摇水舱，所述减摇水舱为三框架形式，将所述减摇水舱内部横向门字形框架的单边宽度尺寸确定为框架尺寸，并将所述减摇水舱内两个框架距水舱两端的距离确定为框架位置，所述框架尺寸为450mm，所述框架位置d/B为15％；所述中央控制器与所述减摇水舱的水位控制装置连接；所述装置包括：
参数获取模块，用于获取波浪参数、船舶横摇参数及减摇水舱参数；所述减摇水舱参数包括所述减摇水舱的固有参数及当前液位高度；
液位高度确定模块，用于根据所述波浪参数、所述船舶横摇参数、所述减摇水舱参数及预先建立的周期匹配模型，确定所述减摇水舱的理想液位高度；
指令生成模块，用于根据所述理想液位高度及所述当前液位高度，生成液位控制指令；
指令发送模块，用于将所述液位控制指令发送至所述水位控制装置，以使水位控制装置对减摇水舱的液位高度进行调节，实现所述船舶的减摇；
其中，根据双共振减摇原理，通过所述波浪参数、所述船舶横摇参数及所述减摇水舱参数，计算得到所述减摇水舱的理论液位高度；
通过所述预先建立的周期匹配模型对所述理论液位高度进行修正，确定所述理想液位高度。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述周期匹配模型通过以下方式建立：
获取训练样本；所述训练样本中包含多组减摇实测数据；所述减摇实测数据包括通过实际测量得到的波浪参数、船舶横摇参数、减摇参数及减摇率；
根据预设的模型架构，建立机器学习的网络结构；
将所述训练样本输入至所述网络结构中进行训练，得到所述周期匹配模型。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述液位高度确定模块还包括：
理论液位高度计算单元，用于根据双共振减摇原理，通过所述波浪参数、所述船舶横摇参数及所述减摇水舱参数，计算得到所述减摇水舱的理论液位高度；
液位高度修正单元，用于通过所述预先建立的周期匹配模型对所述理论液位高度进行修正，确定所述理想液位高度。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述船舶横摇参数包括船舶横摇周期；所述固有参数包括水舱宽度；所述理论液位高度计算单元还用于：
通过下述公式，计算当减摇水舱横摇周期TN与船舶横摇周期Tφ相等时的理论液位高度：
其中，TN为所述减摇水舱横摇周期；h为所述理论液位高度，b为所述水舱宽度，g为重力加速度。
9.一种船舶减摇控制系统，其特征在于，所述系统包括中央控制器及减摇水舱；如权利要求5-8任一项所述的装置设置于所述中央控制器。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10129586A (ja) * | 1996-10-31 | 1998-05-19 | N K K Sogo Sekkei Kk | 船舶の減揺水槽周期可変システム |
| JP2004026042A (ja) * | 2002-06-26 | 2004-01-29 | Jfe Soldec Corp | 可変周期型減揺水槽 |
| CN101299277A (zh) * | 2008-06-25 | 2008-11-05 | 北京中星微电子有限公司 | 一种黑白图像彩色化处理的方法和系统 |
| KR20090118615A (ko) * | 2008-05-14 | 2009-11-18 | 삼성중공업 주식회사 | 선박의 동요 저감장치 |
| KR20130012356A (ko) * | 2011-07-25 | 2013-02-04 | 대우조선해양 주식회사 | 유동 차단수단을 갖는 횡동요 저감 탱크 및 이를 가지는 해상 구조물 |
| KR20130016583A (ko) * | 2011-08-08 | 2013-02-18 | 대우조선해양 주식회사 | 통로 박스를 갖는 횡동요 저감 탱크 및 이를 가지는 해상 구조물 |
| KR20170001442A (ko) * | 2015-06-26 | 2017-01-04 | 현대중공업 주식회사 | 횡동요 감쇠 탱크 |
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10129586A (ja) * | 1996-10-31 | 1998-05-19 | N K K Sogo Sekkei Kk | 船舶の減揺水槽周期可変システム |
| JP2004026042A (ja) * | 2002-06-26 | 2004-01-29 | Jfe Soldec Corp | 可変周期型減揺水槽 |
| KR20090118615A (ko) * | 2008-05-14 | 2009-11-18 | 삼성중공업 주식회사 | 선박의 동요 저감장치 |
| CN101299277A (zh) * | 2008-06-25 | 2008-11-05 | 北京中星微电子有限公司 | 一种黑白图像彩色化处理的方法和系统 |
| KR20130012356A (ko) * | 2011-07-25 | 2013-02-04 | 대우조선해양 주식회사 | 유동 차단수단을 갖는 횡동요 저감 탱크 및 이를 가지는 해상 구조물 |
| KR20130016583A (ko) * | 2011-08-08 | 2013-02-18 | 대우조선해양 주식회사 | 통로 박스를 갖는 횡동요 저감 탱크 및 이를 가지는 해상 구조물 |
| KR20170001442A (ko) * | 2015-06-26 | 2017-01-04 | 현대중공업 주식회사 | 횡동요 감쇠 탱크 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| 基于LabVIEW的减摇水舱实验台测控系统设计;谢广东等;《自动化技术与应用》;20170925(第09期);全文 * |
| 基于机器学习的风暴中船体减摇自动化控制方法研究;余平等;《舰船科学技术》;20190423(第08期);全文 * |
| 平面纯被动减摇水舱设计研究;张培信，等;《船舶与海洋工程》;20120930;第2节 * |
| 耦合船体横摇的减摇水舱流体运动和减摇效果预测;张松涛;梁利华;孙明晓;赵朋;;计算力学学报(第02期) * |
| 船舶可控被动式减摇水舱的试验研究;张虹等;《中国造船》;20061225(第04期);全文 * |
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