CN114889784B - 一种基于波浪荷载的海洋平台动力控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及控制系统领域，具体公开了一种基于波浪荷载的海洋平台动力控制系统及方法，包括勘探机构和牵引缆绳，所述勘探机构的外侧固定安装有筒形外罩，所述筒形外罩的外侧设置有环形板，所述筒形外罩的外壁设置有若干个滑动板，所述滑动板与环形板之间设置有上挡板、下挡板和推动杆，所述上挡板位于下挡板的上端面，所述下挡板的远离勘探机构的一端与环形板的内壁转动连接，所述推动杆的靠近勘探机构的一端与滑动板的外壁转动连接，所述下挡板与推动杆之间相对的一端转动连接。本发明通过设置的下挡板和推动杆对水平方向的波浪荷载进行调节，使勘探机构在水平方向上位于待勘探的区域内。

Description

一种基于波浪荷载的海洋平台动力控制系统及方法

技术领域

本发明涉及控制系统领域，特别涉及一种基于波浪荷载的海洋平台动力控制系统及方法。

背景技术

浮动式海洋平台在对海洋资源进行勘探和水下打捞时，会使用勘探装置或水下机器人，并通过缆绳将勘探装置与浮动式海洋平台连接，浮动式海洋平台受到波浪荷载的作用做起伏运动，会通过缆绳传递给水下机器人，使之也产生升沉运动，干扰水下勘探装置正常作业，为了对波浪荷载进行补偿，常用的方法是利用恒张力的原理，通过控制液压补偿油缸对缆绳进行收放实现补偿功能。但是在复杂的海况条件下，水下的波浪荷载会对水下勘探装置产生作用力，水下勘探装置与浮动式海洋平台受到的波浪荷载会有差别，单纯的在浮动式海洋平台上对缆绳进行控制，难以及时准确的控制缆绳收放；且目前缆绳主要是对竖直方向的荷载进行补偿，但水下的波浪荷载会对水下勘探装置在水平方向产生作用力，推动水下勘探装置离开待勘探的区域，而水下勘探装置工作时需要保持在一定的范围内，以免对勘探结果造成影响，单纯靠浮动式海洋平台的移动难以及时调整水下勘探装置的位置，为此，我们提出一种基于波浪荷载的海洋平台动力控制系统及方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于波浪荷载的海洋平台动力控制系统及方法，通过提供缓冲避免勘探机构垂直方向变化过快，给浮动式海洋平台上的补偿油缸提供足够的反应时间；探测杆的第一浮球测波器和第二浮球测波器利用时间布优化的方法对数值计算程序进行时间步优化，在保证计算精度的同时提高计算效率，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种基于波浪荷载的海洋平台动力控制系统，包括勘探机构和牵引缆绳，所述勘探机构的外侧固定安装有筒形外罩，所述筒形外罩的外侧设置有环形板，所述环形板的外侧固定安装有多根探测杆，所述探测杆的外侧转动安装有旋转筒，所述旋转筒的外侧固定安装有U形杆，所述探测杆的远端和U形杆的中部均固定连接有拉绳，位于探测杆上的所述拉绳的顶端固定连接有第一浮球测波器，位于U形杆上的所述拉绳的顶端固定连接有第二浮球测波器。第一浮球测波器和第二浮球测波器在随波运动时，位于浮球内部的加速度计能够在波浪荷载对勘探机构作用前就对数据进行测量，利用时间布优化的方法对数值计算程序进行时间步优化后，可以在保证计算精度的同时，非常有效地提高计算效率，第一浮球测波器用于测量水平方向的波浪荷载，第二浮球测波器用于测量垂直方向的波浪荷载；若荷载变化过于剧烈，通过伸长探测杆的长度来提前测出波浪荷载的数据，给动力响应系统调节提供更多时间；当勘探机构对海底勘探时，U形杆会绕旋转筒转动，避免U形杆对勘探造成阻挡。

所述筒形外罩的外壁设置有若干个滑动板，所述滑动板与环形板之间设置有上挡板、下挡板和推动杆，所述上挡板位于下挡板的上端面，所述下挡板的远离勘探机构的一端与环形板的内壁转动连接，所述推动杆的靠近勘探机构的一端与滑动板的外壁转动连接，所述下挡板与推动杆之间相对的一端转动连接，所述下挡板与推动杆的连接处设置有弹性橡胶杆，所述弹性橡胶杆的两端分别与下挡板和推动杆的顶部固定连接，所述弹性橡胶杆的内部设置有压力传感器用于测量下挡板和推动杆之间的角度变化，所述筒形外罩的顶部固定安装有固定杆，所述牵引缆绳的底端与固定杆的中部固定连接。利用时间布优化的方法算出勘探机构在波浪荷载变化剧烈的情况下，偏离勘探区域的程度，并提前算出波浪荷载的作用方向，由于波浪荷载变化剧烈，勘探机构可能受到各个方向的作用力，将受到的作用力分为垂直方向与水平方向。

本发明进一步的改进在于，所述下挡板的内部开设有第二空腔，所述下挡板的上表面和下表面均开设有矩形孔，所述矩形孔与第二空腔相连通，所述第二空腔的内部滑动安装有矩形块，相邻两个所述矩形块之间均设置有连接杆，所述连接杆的两端分别与两个矩形块相对的一侧固定连接，所述第二空腔的左右两侧分别设置有第二弹簧和调节杆，所述第二弹簧的一端与下挡板的左侧内壁固定连接，所述第二弹簧的另一端与相邻矩形块的侧面固定连接，所述调节杆的一端与下挡板的右侧内壁固定连接，所述调节杆的另一端与相邻矩形块的侧面固定连接，所述调节杆根据压力传感器的测量结果进行调节。通过以上结构可实现：若接下来的波浪荷载会导致勘探机构在水平方向远离待测区域，保持下挡板水平设置，通过降低与波浪荷载的接触面积来减少受到的作用力；若接下来的波浪荷载会使勘探机构在水平方向靠近待测区域，控制推动杆伸长，使下挡板向下转动，通过增加与波浪荷载的接触面积来增加受到的作用力，使勘探机构返回待勘探的距离增加，使勘探机构保持在一定的范围内；由于波浪荷载提前算出的时间有限，需要将下挡板快速转动到位，下挡板和推动杆转动的过程中，弹性橡胶杆会受到持续的挤压，压力传感器测得的数据会持续变化，此时通过控制调节杆拉动矩形块，使海水流通矩形孔和第二空腔，以减小下挡板转动过程中受到的阻力，当下挡板转动到位后，压力传感器测得的数据停止变化，断开调节杆，使矩形块被第二弹簧拉动复位，确保承受波浪荷载时有足够的接触面积。

本发明进一步的改进在于，所述筒形外罩的内部开设有第一空腔，所述筒形外罩的外表面开设有垂直槽，所述第一空腔与垂直槽相连通，所述第一空腔的内部滑动安装有挤压块，所述挤压块的尺寸与第一空腔的大小相匹配，所述挤压块的上表面和下表面均固定安装有第一弹簧，两根所述第一弹簧的远离挤压块的一端分别与第一空腔内壁的顶部和底部固定连接，所述滑动板的背面固定安装有连接块，所述连接块滑动安装在垂直槽的内部，所述第一弹簧和第二弹簧的外侧均套设有橡胶层。通过以上结构可实现：由于设置了上挡板和下挡板增加了接触面积，会导致在垂直方向受到的波浪荷载增加，提供使用第一弹簧提供缓冲力，两根第一弹簧在平常状态下，使挤压块位于第一空腔的中部，为下一次缓冲做准备。

本发明进一步的改进在于，所述环形板的内壁开设有弧形腔，所述弧形腔的内部固定安装有移动杆，所述滑动板的正面开设有滑槽，所述上挡板的一端位于弧形腔内并与移动杆固定连接，所述上挡板的另一端滑动安装在滑槽的内部。通过以上结构可实现：若接下来的波浪荷载会导致勘探机构在垂直方向远离待测区域，控制移动杆伸长，将上挡板移动到下挡板的正上方，通过降低与波浪荷载的接触面积来减少受到的作用力；若接下来的波浪荷载会使勘探机构在垂直方向靠近待测区域，控制移动杆缩回，将上挡板移出下挡板的正上方，通过增加与波浪荷载的接触面积来增加受到的作用力，使勘探机构返回待勘探的距离增加。本发明进一步的改进在于，所述矩形块的尺寸与第二空腔的大小相匹配，所述矩形块的宽度大于矩形孔的宽度，相邻两个所述矩形孔的间距大于矩形块的宽度，所述矩形块的数量与矩形孔的数量相对应。通过以上结构可实现：若需要对矩形孔进行遮挡时，矩形块能够完全挡住矩形孔，若需要海水流通矩形孔，矩形块位于两通矩形孔之间，避免对矩形孔造成遮挡。

本发明进一步的改进在于，所述筒形外罩的外侧开设有通孔，所述通孔与第一空腔相连通，位于筒形外罩中部的所述通孔的孔径最大，剩余所述通孔的直径朝上下两侧逐渐减小。通过以上结构可实现：单纯靠第一弹簧缓冲垂直方向的荷载，第一弹簧易长期处于极限状态，影响使用寿命，而且抵抗过大的荷载时，第一弹簧很快就会被压到头，难以提供足够的缓冲时间，通过设置的不同空间的通孔，挤压块在挤压弹簧的同时，也会将第一空腔内的海水从通孔内挤出，随着不断挤压，与剩下第一空腔相连通的通孔孔径逐渐变小，能够提供液压阻力，避免勘探机构垂直方向变化过快，给浮动式海洋平台上的补偿油缸提供足够的反应时间。

本发明进一步的改进在于，一种基于波浪荷载的海洋平台动力控制系统的控制方法，使用步骤如下：

步骤一，把勘探机构从浮动海洋平台上放下，牵引缆绳将勘探机构与浮动海洋平台连接，勘探机构在勘探的过程中，第一浮球测波器和第二浮球测波器在随波运动时对数据进行测量，并利用时间布优化的方法对数值计算程序进行时间步优化后，在保证计算精度的同时，非常有效地提高计算效率，提前测出波浪荷载的数据，定时对勘探机构所在的位置与待勘探区域进行比对，确认是否由于波浪荷载的作用而导致偏移；

步骤二，当勘探机构受到的水平方向和垂直方向的波浪荷载会导致其远离勘探区域时，保持下挡板水平设置，控制移动杆伸长，将上挡板移动到下挡板的正上方，通过减少接触面积，使远离的距离变小；

步骤三，当勘探机构受到的水平方向的波浪荷载会导致其靠近待勘探区域时，控制推动杆伸长，使下挡板向下转动，下挡板和推动杆转动的过程中，控制调节杆拉动矩形块，当下挡板转动到位后，断开调节杆，矩形块被第二弹簧拉动复位，通过增加接触面积，使靠近的距离增加；

步骤四，当勘探机构受到的垂直方向的波浪荷载会导致其靠近待勘探区域时，控制移动杆缩回，将上挡板移出下挡板的正上方，通过增加接触面积，使靠近的距离增加，并且通过设置的不同空间的通孔，挤压块在挤压弹簧的同时，能够提供液压阻力，避免勘探机构垂直方向变化过快，给浮动式海洋平台上的补偿油缸提供足够的反应时间；

步骤五，若荷载变化过于剧烈，通过伸长探测杆的长度来提前测出波浪荷载的数据，给动力响应系统调节提供更多时间，当勘探机构对海底勘探时，U形杆会绕旋转筒转动，避免U形杆对勘探造成阻挡。

与现有技术相比，本发明通过设置的下挡板和推动杆对水平方向的波浪荷载进行调节，使勘探机构在水平方向上位于待勘探的区域内，当勘探机构受到的波浪荷载会使其在水平方向靠近待勘探的区域时，控制推动杆伸长，使下挡板向下转动，通过增加与波浪荷载的接触面积来增加受到的作用力，使勘探机构返回待勘探的距离增加，使勘探机构保持在一定的范围内，由于波浪荷载提前算出的时间有限，需要将下挡板快速转动到位，下挡板和推动杆转动的过程中，弹性橡胶杆会受到持续的挤压，压力传感器测得的数据会持续变化，此时通过控制调节杆拉动矩形块，使海水流通矩形孔和第二空腔，以减小下挡板转动过程中受到的阻力，当下挡板转动到位后，压力传感器测得的数据停止变化，断开调节杆，使矩形块被第二弹簧拉动复位，确保承受波浪荷载时有足够的接触面积。

与现有技术相比，本发明通过设置的上挡板和筒形外罩对垂直方向的波浪荷载进行调节，使勘探机构在垂直方向上位于待勘探的区域内，并且通过提供缓冲避免勘探机构垂直方向变化过快，给浮动式海洋平台上的补偿油缸提供足够的反应时间，当勘探机构受到的波浪荷载会使其在垂直方向靠近待勘探的区域时，控制移动杆缩回，将上挡板移出下挡板的正上方，通过增加与波浪荷载的接触面积来增加受到的作用力，使勘探机构返回待勘探的距离增加，通过设置的不同空间的通孔，挤压块在挤压弹簧的同时，也会将第一空腔内的海水从通孔内挤出，随着不断挤压，与剩下第一空腔相连通的通孔孔径逐渐变小，能够提供液压阻力，避免勘探机构垂直方向变化过快，给浮动式海洋平台上的补偿油缸提供足够的反应时间。

附图说明

图1为本发明一种基于波浪荷载的海洋平台动力控制系统的整体结构主视图。

图2为本发明一种基于波浪荷载的海洋平台动力控制系统的部分结构俯视图。

图3为本发明一种基于波浪荷载的海洋平台动力控制系统的部分结构剖视示意图。

图4为本发明一种基于波浪荷载的海洋平台动力控制系统的筒形外罩和滑动板连接结构示意图。

图5为本发明一种基于波浪荷载的海洋平台动力控制系统的下挡板剖视示意图。

图中：1、勘探机构；2、筒形外罩；3、固定杆；4、牵引缆绳；5、环形板；6、探测杆；7、旋转筒；8、U形杆；9、拉绳；10、第一浮球测波器；11、第二浮球测波器；12、滑动板；13、上挡板；14、下挡板；15、推动杆；16、弧形腔；17、移动杆；18、弹性橡胶杆；19、第一空腔；20、第一弹簧；21、垂直槽；22、挤压块；23、连接块；24、滑槽；25、通孔；26、第二空腔；27、矩形孔；28、矩形块；29、连接杆；30、第二弹簧；31、调节杆。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制，为了更好地说明本发明的具体实施方式，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸，对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的，基于本发明中的具体实施方式，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具体实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1、图2、图3和图5所示，一种基于波浪荷载的海洋平台动力控制系统，包括勘探机构1和牵引缆绳4，勘探机构1的外侧固定安装有筒形外罩2，筒形外罩2的外侧设置有环形板5，环形板5的外侧固定安装有多根探测杆6，探测杆6的外侧转动安装有旋转筒7，旋转筒7的外侧固定安装有U形杆8，探测杆6的远端和U形杆8的中部均固定连接有拉绳9，位于探测杆6上的拉绳9的顶端固定连接有第一浮球测波器10，位于U形杆8上的拉绳9的顶端固定连接有第二浮球测波器11，筒形外罩2的外壁设置有若干个滑动板12，滑动板12与环形板5之间设置有上挡板13、下挡板14和推动杆15，上挡板13位于下挡板14的上端面，下挡板14的远离勘探机构1的一端与环形板5的内壁转动连接，推动杆15的靠近勘探机构1的一端与滑动板12的外壁转动连接，下挡板14与推动杆15之间相对的一端转动连接，下挡板14与推动杆15的连接处设置有弹性橡胶杆18，弹性橡胶杆18的两端分别与下挡板14和推动杆15的顶部固定连接，弹性橡胶杆18的内部设置有压力传感器用于测量下挡板14和推动杆15之间的角度变化，筒形外罩2的顶部固定安装有固定杆3，牵引缆绳4的底端与固定杆3的中部固定连接。

下挡板14的内部开设有第二空腔26，下挡板14的上表面和下表面均开设有矩形孔27，矩形孔27与第二空腔26相连通，第二空腔26的内部滑动安装有矩形块28，相邻两个矩形块28之间均设置有连接杆29，连接杆29的两端分别与两个矩形块28相对的一侧固定连接，第二空腔26的左右两侧分别设置有第二弹簧30和调节杆31，第二弹簧30的一端与下挡板14的左侧内壁固定连接，第二弹簧30的另一端与相邻矩形块28的侧面固定连接，调节杆31的一端与下挡板14的右侧内壁固定连接，调节杆31的另一端与相邻矩形块28的侧面固定连接，调节杆31根据压力传感器的测量结果进行调节。

矩形块28的尺寸与第二空腔26的大小相匹配，矩形块28的宽度大于矩形孔27的宽度，相邻两个矩形孔27的间距大于矩形块28的宽度，矩形块28的数量与矩形孔27的数量相对应。

通过采用上述技术方案：通过设置的下挡板14和推动杆15对水平方向的波浪荷载进行调节，使勘探机构1在水平方向上位于待勘探的区域内，当勘探机构1受到的波浪荷载会使其在水平方向靠近待勘探的区域时，控制推动杆15伸长，使下挡板14向下转动，通过增加与波浪荷载的接触面积来增加受到的作用力，使勘探机构1返回待勘探的距离增加，使勘探机构1保持在一定的范围内，由于波浪荷载提前算出的时间有限，需要将下挡板14快速转动到位，下挡板14和推动杆15转动的过程中，弹性橡胶杆18会受到持续的挤压，压力传感器测得的数据会持续变化，此时通过控制调节杆31拉动矩形块28，使海水流通矩形孔27和第二空腔26，以减小下挡板14转动过程中受到的阻力，当下挡板14转动到位后，压力传感器测得的数据停止变化，断开调节杆31，使矩形块28被第二弹簧30拉动复位，确保承受波浪荷载时有足够的接触面积。

实施例2

如图1-5所示，一种基于波浪荷载的海洋平台动力控制系统，包括勘探机构1和牵引缆绳4，勘探机构1的外侧固定安装有筒形外罩2，筒形外罩2的外侧设置有环形板5，环形板5的外侧固定安装有多根探测杆6，探测杆6的外侧转动安装有旋转筒7，旋转筒7的外侧固定安装有U形杆8，探测杆6的远端和U形杆8的中部均固定连接有拉绳9，位于探测杆6上的拉绳9的顶端固定连接有第一浮球测波器10，位于U形杆8上的拉绳9的顶端固定连接有第二浮球测波器11，筒形外罩2的外壁设置有若干个滑动板12，滑动板12与环形板5之间设置有上挡板13、下挡板14和推动杆15，上挡板13位于下挡板14的上端面，下挡板14的远离勘探机构1的一端与环形板5的内壁转动连接，推动杆15的靠近勘探机构1的一端与滑动板12的外壁转动连接，下挡板14与推动杆15之间相对的一端转动连接，下挡板14与推动杆15的连接处设置有弹性橡胶杆18，弹性橡胶杆18的两端分别与下挡板14和推动杆15的顶部固定连接，弹性橡胶杆18的内部设置有压力传感器用于测量下挡板14和推动杆15之间的角度变化，筒形外罩2的顶部固定安装有固定杆3，牵引缆绳4的底端与固定杆3的中部固定连接。

下挡板14的内部开设有第二空腔26，下挡板14的上表面和下表面均开设有矩形孔27，矩形孔27与第二空腔26相连通，第二空腔26的内部滑动安装有矩形块28，相邻两个矩形块28之间均设置有连接杆29，连接杆29的两端分别与两个矩形块28相对的一侧固定连接，第二空腔26的左右两侧分别设置有第二弹簧30和调节杆31，第二弹簧30的一端与下挡板14的左侧内壁固定连接，第二弹簧30的另一端与相邻矩形块28的侧面固定连接，调节杆31的一端与下挡板14的右侧内壁固定连接，调节杆31的另一端与相邻矩形块28的侧面固定连接，调节杆31根据压力传感器的测量结果进行调节。

筒形外罩2的内部开设有第一空腔19，筒形外罩2的外表面开设有垂直槽21，第一空腔19与垂直槽21相连通，第一空腔19的内部滑动安装有挤压块22，挤压块22的尺寸与第一空腔19的大小相匹配，挤压块22的上表面和下表面均固定安装有第一弹簧20，两根第一弹簧20的远离挤压块22的一端分别与第一空腔19内壁的顶部和底部固定连接，滑动板12的背面固定安装有连接块23，连接块23滑动安装在垂直槽21的内部，第一弹簧20和第二弹簧30的外侧均套设有橡胶层，覆盖的橡胶层用于避免被海水腐蚀。

环形板5的内壁开设有弧形腔16，弧形腔16的内部固定安装有移动杆17，滑动板12的正面开设有滑槽24，上挡板13的一端位于弧形腔16内并与移动杆17固定连接，上挡板13的另一端滑动安装在滑槽24的内部。

筒形外罩2的外侧开设有通孔25，通孔25与第一空腔19相连通，位于筒形外罩2中部的通孔25的孔径最大，剩余通孔25的直径朝上下两侧逐渐减小。

勘探机构1通常设置有动力推进机构，但是在荷载变化剧烈的情况下，动力推进机构难以对勘探机构1的位置快速准确的移动，通过上挡板13和下挡板14的配合，使勘探机构1保持在一定的勘探范围内，动力推进机构能够使位置调节的更加准确。

通过采用上述技术方案：通过设置的上挡板13和筒形外罩2对垂直方向的波浪荷载进行调节，使勘探机构1在垂直方向上位于待勘探的区域内，并且通过提供缓冲避免勘探机构1垂直方向变化过快，给浮动式海洋平台上的补偿油缸提供足够的反应时间，当勘探机构1受到的波浪荷载会使其在垂直方向靠近待勘探的区域时，控制移动杆17缩回，将上挡板13移出下挡板14的正上方，通过增加与波浪荷载的接触面积来增加受到的作用力，使勘探机构1返回待勘探的距离增加，通过设置的不同空间的通孔25，挤压块22在挤压弹簧的同时，也会将第一空腔19内的海水从通孔25内挤出，随着不断挤压，与剩下第一空腔19相连通的通孔25孔径逐渐变小，能够提供液压阻力，避免勘探机构1垂直方向变化过快，给浮动式海洋平台上的补偿油缸提供足够的反应时间。

实施例3

如图1所示，一种基于波浪荷载的海洋平台动力控制系统的控制方法，使用步骤如下：

步骤一，把勘探机构1从浮动海洋平台上放下，牵引缆绳4将勘探机构1与浮动海洋平台连接，勘探机构1在勘探的过程中，第一浮球测波器10和第二浮球测波器11在随波运动时对数据进行测量，并利用时间布优化的方法对数值计算程序进行时间步优化后，在保证计算精度的同时，非常有效地提高计算效率，提前测出波浪荷载的数据，定时对勘探机构1所在的位置与待勘探区域进行比对，确认是否由于波浪荷载的作用而导致偏移；

步骤二，当勘探机构1受到的水平方向和垂直方向的波浪荷载会导致其远离勘探区域时，保持下挡板14水平设置，控制移动杆17伸长，将上挡板13移动到下挡板14的正上方，通过减少接触面积，使远离的距离变小；

步骤三，当勘探机构1受到的水平方向的波浪荷载会导致其靠近待勘探区域时，控制推动杆15伸长，使下挡板14向下转动，下挡板14和推动杆15转动的过程中，控制调节杆31拉动矩形块28，当下挡板14转动到位后，断开调节杆31，矩形块28被第二弹簧30拉动复位，通过增加接触面积，使靠近的距离增加；

步骤四，当勘探机构1受到的垂直方向的波浪荷载会导致其靠近待勘探区域时，控制移动杆17缩回，将上挡板13移出下挡板14的正上方，通过增加接触面积，使靠近的距离增加，并且通过设置的不同空间的通孔25，挤压块22在挤压弹簧的同时，能够提供液压阻力，避免勘探机构1垂直方向变化过快，给浮动式海洋平台上的补偿油缸提供足够的反应时间；

步骤五，若荷载变化过于剧烈，通过伸长探测杆6的长度来提前测出波浪荷载的数据，给动力响应系统调节提供更多时间，当勘探机构1对海底勘探时，U形杆8会绕旋转筒7转动，避免U形杆8对勘探造成阻挡。

在传统时间离散方法中，时间步长是固定的，若选择不合适，会导致计算结果发散，或计算突然中断，当时间步长缩小到一定程度后，才能得到满意的计算结果。产生这个问题的主要原因为：在某一时间步内，荷载变化剧烈，若再以原固定步长进行计算，则会产生较大的误差。这个较大的误差可能会导致后续计算结果发散，如果误差过大还可能导致计算的突然中断。在时间步优化方法中，每一步时间步长均是由给定的局部误差限控制得到的，无论荷载如何变化，时间步长都可自动调整，以满足局部误差限的限制，计算不会中断，计算结果始终能满足计算精度的要求。所以时间步优化方法可在一定程度上提高原数值计算程序的稳定性。

通过设置设定初始时间步长和相对误差限，通过主程序求解后，提出相关数据波浪的位移、速度、加速度及加速度变化率，确定自适应时间步长后，再经过主程序求解，将结果输出，该方法只是调整原数值计算程序中的时间步长，并不改变原程序的算法，所以在原程序的基础上进行时间步优化后，程序的收敛性完全依赖于原程序。因此，在收敛性方面，时间步优化方法至少可以保证收敛性不低于原数值计算程序的收敛性。

通过采用上述技术方案：无论波浪荷载如何变化，时间步长都可自动调整，以满足局部误差限的限制，计算不会中断，计算结果始终能满足计算精度的要求，所以时间步优化方法可在一定程度上提高原数值计算程序的稳定性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于波浪荷载的海洋平台动力控制系统，包括勘探机构和牵引缆绳，其特征在于：所述勘探机构的外侧固定安装有筒形外罩，所述筒形外罩的外侧设置有环形板，所述筒形外罩的外壁设置有若干个滑动板，所述滑动板与环形板之间设置有上挡板、下挡板和推动杆，所述上挡板位于下挡板的上端面，所述下挡板的远离勘探机构的一端与环形板的内壁转动连接，所述推动杆的靠近勘探机构的一端与滑动板的外壁转动连接，所述下挡板与推动杆之间相对的一端转动连接，所述下挡板与推动杆的连接处设置有弹性橡胶杆，所述弹性橡胶杆的两端分别与下挡板和推动杆的顶部固定连接，所述弹性橡胶杆的内部设置有压力传感器用于测量下挡板和推动杆之间的角度变化，所述筒形外罩的顶部固定安装有固定杆，所述牵引缆绳的底端与固定杆的中部固定连接；所述下挡板的内部开设有第二空腔，所述下挡板的上表面和下表面均开设有矩形孔，所述矩形孔与第二空腔相连通，所述第二空腔的内部滑动安装有矩形块，相邻两个所述矩形块之间均设置有连接杆，所述连接杆的两端分别与两个矩形块相对的一侧固定连接，所述第二空腔的左右两侧分别设置有第二弹簧和调节杆，所述第二弹簧的一端与下挡板的左侧内壁固定连接，所述第二弹簧的另一端与相邻矩形块的侧面固定连接，所述调节杆的一端与下挡板的右侧内壁固定连接，所述调节杆的另一端与相邻矩形块的侧面固定连接，所述调节杆根据压力传感器的测量结果进行调节。

2.根据权利要求1所述的一种基于波浪荷载的海洋平台动力控制系统，其特征在于：所述筒形外罩的内部开设有第一空腔，所述筒形外罩的外表面开设有垂直槽，所述第一空腔与垂直槽相连通，所述第一空腔的内部滑动安装有挤压块，所述挤压块的尺寸与第一空腔的大小相匹配，所述挤压块的上表面和下表面均固定安装有第一弹簧，两根所述第一弹簧的远离挤压块的一端分别与第一空腔内壁的顶部和底部固定连接，所述滑动板的背面固定安装有连接块，所述连接块滑动安装在垂直槽的内部，所述第一弹簧和第二弹簧的外侧均套设有橡胶层。

3.根据权利要求1所述的一种基于波浪荷载的海洋平台动力控制系统，其特征在于：所述环形板的内壁开设有弧形腔，所述弧形腔的内部固定安装有移动杆，所述滑动板的正面开设有滑槽，所述上挡板的一端位于弧形腔内并与移动杆固定连接，所述上挡板的另一端滑动安装在滑槽的内部。

4.根据权利要求1所述的一种基于波浪荷载的海洋平台动力控制系统，其特征在于：所述矩形块的尺寸与第二空腔的大小相匹配，所述矩形块的宽度大于矩形孔的宽度，相邻两个所述矩形孔的间距大于矩形块的宽度，所述矩形块的数量与矩形孔的数量相对应。

5.根据权利要求2所述的一种基于波浪荷载的海洋平台动力控制系统，其特征在于：所述筒形外罩的外侧开设有通孔，所述通孔与第一空腔相连通，位于筒形外罩中部的所述通孔的孔径最大，剩余所述通孔的直径朝上下两侧逐渐减小。

6.根据权利要求1所述的一种基于波浪荷载的海洋平台动力控制系统，其特征在于：所述环形板的外侧固定安装有多根探测杆，所述探测杆的外侧转动安装有旋转筒，所述旋转筒的外侧固定安装有U形杆，所述探测杆的远端和U形杆的中部均固定连接有拉绳，位于探测杆上的所述拉绳的顶端固定连接有第一浮球测波器，位于U形杆上的所述拉绳的顶端固定连接有第二浮球测波器。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于波浪荷载的海洋平台动力控制系统的控制方法，其特征在于：使用步骤如下：

步骤一，把勘探机构从浮动海洋平台上放下，牵引缆绳将勘探机构与浮动海洋平台连接，勘探机构在勘探的过程中，第一浮球测波器和第二浮球测波器在随波运动时对数据进行测量，并利用时间布优化的方法对数值计算程序进行时间步优化后，在保证计算精度的同时，非常有效地提高计算效率，提前测出波浪荷载的数据，定时对勘探机构所在的位置与待勘探区域进行比对，确认是否由于波浪荷载的作用而导致偏移；

步骤二，当勘探机构受到的水平方向和垂直方向的波浪荷载会导致其远离勘探区域时，保持下挡板水平设置，控制移动杆伸长，将上挡板移动到下挡板的正上方，通过减少接触面积，使远离的距离变小；

步骤三，当勘探机构受到的水平方向的波浪荷载会导致其靠近待勘探区域时，控制推动杆伸长，使下挡板向下转动，下挡板和推动杆转动的过程中，控制调节杆拉动矩形块，当下挡板转动到位后，断开调节杆，矩形块被第二弹簧拉动复位，通过增加接触面积，使靠近的距离增加；

步骤四，当勘探机构受到的垂直方向的波浪荷载会导致其靠近待勘探区域时，控制移动杆缩回，将上挡板移出下挡板的正上方，通过增加接触面积，使靠近的距离增加，并且通过设置的不同空间的通孔，挤压块在挤压弹簧的同时，能够提供液压阻力，避免勘探机构垂直方向变化过快，给浮动式海洋平台上的补偿油缸提供反应时间；

步骤五，若荷载变化过于剧烈，通过伸长探测杆的长度来提前测出波浪荷载的数据，给动力响应系统调节提供更多时间，当勘探机构对海底勘探时，U形杆会绕旋转筒转动，避免U形杆对勘探造成阻挡。

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