CN111170176A - 一种适用于海上及陆上的负载载荷吊装主动减摇控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适用于海上及陆上的负载载荷吊装主动减摇控制方法，该负载载荷吊装主动减摇控制方法所用的控制系统分为运动监测模块、轨迹规划和生成模块、缆绳长度计算模块和绞机控制模块。本发明的方法简单，具有降低吊机高度、适用范围广等特点；本发明的方法不需要具体系统建模；本发明的方法采用多条缆绳，从而降低吊机高度；本发明的方法不仅可以应用于陆上作业，还可应用于浮式安装船的水上作业。

Description

一种适用于海上及陆上的负载载荷吊装主动减摇控制方法
技术领域
本发明涉及一种减摇控制的方法，特别涉及一种应用于海上及陆上安装过程中的复杂载荷减摇控制。
背景技术
吊装是海上及陆上结构物安装过程中最常用的一种操作。由于受到环境载荷及安装平台运动的影响，载荷会产生晃动从而影响安装过程的顺利进行。一般地，对于质心最多采用三自由度平动来对载荷进行建模。
对于体积和重量日益增大的结构物，简化的载荷运动模型已经不能很好地描述系统的运动特性。例如，海上风机整体安装过程中，由于质心距离安装位置超过80米，即使微小的转动也将对安装位置产生巨大的影响。因此载荷转动对于日益复杂的操作对象和操作要求具有不可忽略的误差。传统控制算法采用位于载荷上方的单一缆绳方案，对于体积和重量日益增大的载荷有很大的弊端。例如，安装高度高，最新的12MW风机轮毂高度已经达到135米，该趋势将继续扩大。如果采用传统吊装方案，吊车高度也将随之日益提高，安装操作将受限于数量不足的特种船舶，并且运营维护成本较高。
其中一种解决方案便是增加缆绳数量，并将缆绳在载荷上的连接点从载荷顶端移到下方。在主动减摇及深沉补偿控制的过程中，通常需要实时控制施加在缆绳上的张力，从而使吊装载荷稳定于某一位置或者按预设路径移动。
对于海上安装条件，安装平台的晃动不可完全消除。例如海上浮式安装船，吊装载荷会随着平台晃动。所以海上浮式安装过程中存在诸多挑战，因此，在此种情况下简单方便的控制算法具有极大的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供了一种适用于海上及陆上的负载载荷吊装主动减摇控制方法，包括运动监测模块、轨迹规划和生成模块、缆绳长度计算模块、绞机控制模块和绞机。
本发明的工作原理：
将若干根缆绳系在载荷上的某一点，假设缆绳的另一端在安装平台的体坐标上是已知的。考虑到缆绳刚度极大，缆绳伸长量相比于缆绳长度可以忽略不计。此外，假设各个缆绳均处于张紧状态。那么此时，缆绳长度可以通过两端连接点的位置唯一确定。
反过来，若一组缆绳固定于安装平台上的点的位置已知，(假设共同一个连接点)。且于这些点连接的缆绳处于张紧状态、数量大于等于3、且长度已知。则缆绳连接点的位置可以唯一确定。若载荷上超过2点位置可以确定，则可以确定载荷的位置与转动状态。两点位置越远，效果越好。
考虑到负载体积的影响，将诸多缆绳连接在负载上一点的操作在现实应用中较难实现。因此选取围绕次点距离较近的、在载荷表明的连接点是合理的。
本发明的技术方案：
一种适用于海上及陆上的负载载荷吊装主动减摇控制方法，该负载载荷吊装主动减摇控制方法所用的控制系统分为运动监测模块、轨迹规划和生成模块、缆绳长度计算模块和绞机控制模块；
步骤如下：
在载荷上选取M个虚拟连接点，M≥2，其中各个虚拟连接点标号为i，i＝1…M；在各个虚拟连接点周围选取距离较近的Ni个缆绳连接点，Ni可不相同，Ni≥3，缆绳连接点环向均布；缆绳连接点对应的缆绳和绞机的标号为ij，j＝1…Ni；缆绳连接点通过缆绳与其对应的绞机连接，绞机固定于吊机上，吊机固定于安装平台上；
对于预设负载整体移动路径ηd(t)，通过轨迹规划和生成模块，生成各个虚拟连接点和实际缆绳连接点的实时路径pi,d(t)和pij,d(t)，其中t表示时间；
通过运动监测模块实时监测缆绳长度lij(t)、载荷的质心位置和转角η(t)、载荷上虚拟连接点的位置pij(t)、位于安装平台上绞机与缆绳的连接点8的位置pij,base(t)；
通过缆绳长度计算模块计算缆绳的实时期望长度lij,d(t)，等于位于安装平台上绞机与缆绳的连接点的位置pij,base(t)到载荷上缆绳连接点的位置pij,d(t)间的直线距离，即lij,d(t)＝|pij,base(t)-pij,d(t)|；
通过绞机控制模块输出绞机控制信号ω，通过调节绞机转动来调节缆绳长度，使得缆绳长度lij(t)趋近于缆绳的实时期望长度lij,d(t)；
通过调节预设负载整体移动路径ηd(t)实现状态保持、升沉补偿、载荷移动和追踪安装对象的精确对接等诸多操作。
本发明的有益效果：
(1)算法简单，具有降低吊机高度、适用范围广等特点；
(2)不需要具体系统建模；
(3)采用多条缆绳，从而降低吊机高度；
(4)不仅可以应用于陆上作业，还可应用于浮式安装船的水上作业。
附图说明
图1是本发明基于主动减摇方法的负载载荷吊装示意图；
图2是负载载荷吊装主动减摇控制方法流程图。
图中：1载荷；2虚拟连接点；3缆绳连接点；4缆绳；5绞机；6吊机；7安装平台；8位于安装平台上绞机与缆绳的连接点。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
一种适用于海上及陆上的负载载荷吊装主动减摇控制方法，该负载载荷吊装主动减摇控制方法所用的控制系统分为运动监测模块、轨迹规划和生成模块、缆绳长度计算模块和绞机控制模块；
步骤如下：
在载荷1上选取M个虚拟连接点2，M≥2，其中各个虚拟连接点标号为i，i＝1…M；在各个虚拟连接点2周围选取距离较近的Ni个缆绳连接点3，Ni可不相同，Ni≥3，缆绳连接点3环向均布；缆绳连接点对应的缆绳4和绞机5的标号为ij，j＝1…Ni；缆绳连接点3通过缆绳4与其对应的绞机5连接，绞机5固定于吊机6上，吊机6固定于安装平台7上；
对于预设负载整体移动路径ηd(t)，通过轨迹规划和生成模块，生成各个虚拟连接点2和实际缆绳连接点3的实时路径pi,d(t)和pij,d(t)，其中t表示时间；
通过运动监测模块实时监测缆绳长度lij(t)、载荷的质心位置和转角η(t)、载荷上虚拟连接点的位置pij(t)、位于安装平台上绞机与缆绳的连接点8的位置pij,base(t)；
通过缆绳长度计算模块计算缆绳的实时期望长度lij,d(t)，等于位于安装平台上绞机与缆绳的连接点8的位置pij,base(t)到载荷1上缆绳连接点3的位置pij,d(t)间的直线距离，即lij,d(t)＝|pij,base(t)-pij,d(t)|；
通过绞机控制模块输出绞机控制信号ω，通过调节绞机5转动来调节缆绳4长度，使得缆绳4长度lij(t)趋近于缆绳的实时期望长度lij,d(t)；
通过调节预设负载整体移动路径ηd(t)实现状态保持、升沉补偿、载荷移动和追踪安装对象的精确对接等诸多操作。
所述的运动监测模块为GPS/IMU传感器融合系统或光学动作捕捉系统。
所述的轨迹规划和生成模块可采用样条曲线插值、低通滤波器或AI算法实现。
所述的绞机控制模块采用PID算法、反馈-前馈控制方式、自适应控制方式实现。
为了增强系统的可靠性，选取虚拟连接点数量越多越好，但是此举会增加设备及操作成本。因此，具体方案应参考实际天气、载荷外形与重量综合制定。

Claims (1)

1.一种适用于海上及陆上的负载载荷吊装主动减摇控制方法，其特征在于，该负载载荷吊装主动减摇控制方法所用的控制系统分为运动监测模块、轨迹规划和生成模块、缆绳长度计算模块和绞机控制模块；
步骤如下：
在载荷(1)上选取M个虚拟连接点(2)，M≥2，其中各个虚拟连接点标号为i，i＝1…M；在各个虚拟连接点(2)周围选取距离较近的Ni个缆绳连接点(3)，Ni可不相同，Ni≥3，缆绳连接点(3)环向均布；缆绳连接点对应的缆绳(4)和绞机(5)的标号为ij，j＝1…Ni；缆绳连接点(3)通过缆绳(4)与其对应的绞机(5)连接，绞机(5)固定于吊机(6)上，吊机(6)固定于安装平台(7)上；
对于预设负载整体移动路径ηd(t)，通过轨迹规划和生成模块，生成各个虚拟连接点(2)和实际缆绳连接点(3)的实时路径pi,d(t)和pij,d(t)，其中t表示时间；
通过运动监测模块实时监测缆绳长度lij(t)、载荷的质心位置和转角η(t)、载荷上虚拟连接点的位置pij(t)、位于安装平台上绞机与缆绳的连接点(8)的位置pij,base(t)；
通过缆绳长度计算模块计算缆绳的实时期望长度lij,d(t)，等于位于安装平台上绞机与缆绳的连接点(8)的位置pij,base(t)到载荷(1)上缆绳连接点(3)的位置pij,d(t)间的直线距离，即lij,d(t)＝|pij,base(t)-pij,d(t)|；
通过绞机控制模块输出绞机控制信号ω，通过调节绞机(5)转动来调节缆绳(4)长度，使得缆绳(4)长度lij(t)趋近于缆绳的实时期望长度lij,d(t)；
通过调节预设负载整体移动路径ηd(t)实现状态保持、升沉补偿、载荷移动和追踪安装对象的精确对接。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11365100B2 (en) * 2019-03-29 2022-06-21 Globeride, Inc. Winch control system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2445230C2 (ru) * 2010-06-11 2012-03-20 Учреждение Российской академии наук Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН (ИПМТ ДВО РАН) Спускоподъемное устройство
CN109422204A (zh) * 2017-09-01 2019-03-05 上海中车艾森迪海洋装备有限公司 一种海上作业用布放回收系统
US10328999B2 (en) * 2014-01-10 2019-06-25 Wt Industries, Llc System for launch and recovery of remotely operated vehicles
CN110426954A (zh) * 2019-07-25 2019-11-08 山东大学 深海起重机主动升沉补偿控制器及控制系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2445230C2 (ru) * 2010-06-11 2012-03-20 Учреждение Российской академии наук Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН (ИПМТ ДВО РАН) Спускоподъемное устройство
US10328999B2 (en) * 2014-01-10 2019-06-25 Wt Industries, Llc System for launch and recovery of remotely operated vehicles
CN109422204A (zh) * 2017-09-01 2019-03-05 上海中车艾森迪海洋装备有限公司 一种海上作业用布放回收系统
CN110426954A (zh) * 2019-07-25 2019-11-08 山东大学 深海起重机主动升沉补偿控制器及控制系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11365100B2 (en) * 2019-03-29 2022-06-21 Globeride, Inc. Winch control system

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