CN117488857A - 桶式基础结构沉贯系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了桶式基础结构沉贯系统，连接至少设有一个仓室的桶式基础结构，包括：与所述桶式基础结构的各仓室一一对应，分别进行注水和排水的各水下执行机构；用于对桶式基础结构姿态进行测量和调整，并控制所述水下执行机构动作的水上控制机构。本发明对桶式基础结构进行注排水，桶内外产生压差，结构体产生的垂直方向力，迫使桶式基础结构垂直方向运动，解决桶式基础结构安装过程中定位、姿态调整等问题，达到桶式基础结构在海底安装过程实时监控、精准定位、高效安装的目的。

Description

桶式基础结构沉贯系统及控制方法

技术领域

本发明涉及桶式基础结构沉贯控制技术领域。

背景技术

桶式基础结构(尤其是混凝土桶式基础结构和钢圆桶式基础结构在海上沉放安装沉放控制)一般分为水上部分和水下部分，用于支撑海上建筑物等结构(如海岸堆场、风电塔筒和海上发电机等设施)，水下基础结构分独立的单桶(仓)结构和多桶(仓)复合体结构，桶(仓)以下简称桶。由于每个桶所受的桶体端部阻力和摩擦力不同，结构体上工作面各点水平改变是不一样的，各桶调整又相互影响和干扰的，给构件的水平调整带来困难；海底地层不均匀性，洋流和海浪作用，以及施工不确定性等因素施工过程中可能发生倾斜，若不及时采取调平等措施，结构体倾斜角度逐渐变大，最终会导致基础结构不能下沉，安装失败，因此，在施工过程中需要对桶体姿态进行监控，实时调整姿态；桶体作为基础结构，对承载力有较高要求，如果承载力不够，轻者会产生基础结构体会产生较大的沉降位移，影响到水上部分结构体的变形、位移等问题，严重的话会导致结构体倾覆严重事件，需要对桶内压差进行控制。

综上所述，需要开发一套桶式基础结构沉贯系统和设计精准控制算法，对桶式基础结构进行精准定位，在安装过程中姿态进行实时调整、控制，提高安装精度，并控制好桶内外压差满足桶式基础结构承载力的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供桶式基础结构沉贯系统及控制方法，实现桶式基础结构安装过程中的定位、姿态调整。

实现上述目的的技术方案是：

桶式基础结构沉贯系统，连接至少设有一个仓室的桶式基础结构，包括：

与所述桶式基础结构的各仓室一一对应，分别进行注水和排水的各水下执行机构；

用于对桶式基础结构姿态进行测量和调整，并控制所述水下执行机构动作的水上控制机构。

优选的，所述水下执行机构包括：T形的桶式基础结构对接口、排水比例调节阀、进水比例调节阀、第一三通管、第二三通管、进水截止阀、排水截止阀、深海流量计、深海潜水泵、压力传感器和水下连接器；

所述桶式基础结构对接口的第一端连通桶式基础结构的仓室，第二端和第三端分别连接所述进水比例调节阀的排水口和所述排水比例调节阀的进水口；

所述第一三通管的第一端连接所述排水比例调节阀的出水口，第二端连接所述进水截止阀的出水口，第三端连接所述深海流量计的进口；

所述深海流量计的出口通过管道连接所述深海潜水泵的进水口；

所述第二三通管的第一端连接所述深海潜水泵的出水口，第二端连接所述排水截止阀的进口，第三端连接所述进水比例调节阀的进水口；

所述进水截止阀的进水口以及所述排水截止阀的排水口分别连通外部；

所述压力传感器安装在桶式基础结构对接口的管道上，用于测量管内压力；

所述水下连接器电连接所述排水比例调节阀、进水比例调节阀、进水截止阀、排水截止阀、深海流量计、深海潜水泵和压力传感器。

优选的，所述水上控制机构包括设置在桶式基础结构上的控制器、倾斜仪、控制箱连接器、水压传感器和贯入深度测量仪，

所述控制箱连接器通过水下复合电缆电连接所述水下连接器；

所述控制器电连接所述控制箱连接器；

所述倾斜仪、水压传感器和贯入深度测量仪均电连接所述控制器。

优选的，所述水上控制机构包括外接电源的供电端子、交流器和深海潜水泵电流传感器，

所述供电端子、交流器、深海潜水泵电流传感器和控制箱连接器串联；

所述控制器电连接所述交流器。

优选的，所述控制器外接计算机。

基于上述桶式基础结构沉贯系统的控制方法，包括：

控制器输出信号控制排水比例调节阀、进水比例调节阀、进水截止阀、排水截止阀和深海潜水泵的启闭，给桶式基础结构注水或排水，实现桶式基础结构的沉贯；

在沉贯过程中，水上控制机构测量桶式基础结构的姿态，控制器根据测量结果输出控制量控制排水比例调节阀和进水比例调节阀的开度，控制注水/排水的大小，调整桶式基础结构的姿态和沉贯速度；

在沉贯过程中，水上控制机构根据沉贯深度计算控制压差限值，并对比采集的桶内外压差，判断是否继续沉贯。

优选的，水上控制机构测量桶式基础结构的姿态包括：

在桶式基础结构上建立水平面，建立以O坐标原点的直角坐标系，XOY面与桶式基础结构的平面重合，设定：桶体结构姿态改变，桶式基础结构的平面XOY改变为X'OY'，在调平的过程中认为是同心，X'轴与X轴的倾角为α；Y'轴与Y轴的倾角为β；则支撑点坐标系中垂直方向的位置坐标为：

通过上述公式计算出桶式基础结构平面内相对于原点的位移量Z'_i；在上式中，Xⁱ、Yⁱ与系统的初始状态和坐标系统的建立有关，作为初始条件来处理，α、β通过安装在所述倾角仪来测量，N为测量点数量，与桶式基础结构的仓室等数量；

控制器根据测量结果输出控制量控制排水比例调节阀和进水比例调节阀的开度，包括：

将Z'_i值赋值给y(t)；r(t)作为控制目标值；

设置：e(t)＝r(t)-y(t)，e(t)表示偏差信号；

通过公式计算得到U(t)，作为排水比例调节阀和进水比例调节阀的控制量；其中，K_P表示为比例系数，K_i积分系数，K_d微分环节。

优选的，水上控制机构根据沉贯深度计算控制压差限值，并对比采集的桶内外压差，判断是否继续沉贯，包括：

通过下列公式计算得到控制压差限值y：

y＝Min[(ax+b),(cx)]

x代表沉贯深度，由贯入深度测量仪测得；a、b、c参数根据地质参数和经验来确定；

压力传感器和水压传感器采集获得的压力值之差作为桶内外压差；

当桶内外压差大于控制压差限值时，停止沉贯。

优选的，控制器输出信号控制排水比例调节阀、进水比例调节阀、进水截止阀、排水截止阀和深海潜水泵的启闭，给桶式基础结构注水或排水，实现桶式基础结构的沉贯，包括：

注水模式：排水比例调节阀、排水截止阀处于截止状态，进水截止阀处于开状态，深海潜水泵处于工作状态；

排水模式：进水比例调节阀、进水截止阀处于截止状态，排水截止阀处于开状态，深海潜水泵处于工作状态。

本发明的有益效果是：

本发明控制水下执行机构动作，对桶式基础结构进行注排水，桶内外产生压差，结构体产生的垂直方向力，迫使桶式基础结构垂直方向运动，解决桶式基础结构安装过程中定位、姿态调整等问题，达到桶式基础结构在海底安装过程实时监控、精准定位、高效安装的目的。对于打破国外技术封锁，为海洋强国，高端装备制造提供了可选方案。

本发明设计水下比例调节阀，具有开度控制和反馈功能，可以精准控制控制海水流量，达到了对桶内外压差精准的控制，实现结构体姿态精准调节，有效制控制沉贯速度，大大降低施工风险。

本发明通过沉贯控制算法及精准控制流程，实现了水面测量、控制和水下执行有机高效、稳定、可靠的工作，提供海底桶式结构体海底安装、固定的有效手段。

附图说明

图1是本发明中水下执行机构的结构图；

图2是本发明中水下执行机构和水上控制机构的连接图；

图3是本发明中桶式基础结构的正视图；

图4是本发明中桶式基础结构的俯视图；

图5是本发明中桶式基础结构沉贯过程示意图；

图6是本发明中控制方法的流程示例图；

图7是本发明中P ID控制算法的控制模型示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

本发明的桶式基础结构沉贯系统，连接至少设有一个仓室的桶式基础结构，包括：与桶式基础结构的各仓室一一对应的各水下执行机构，水上控制机构。

水上控制机构用于对桶式基础结构姿态进行测量和调整，并控制水下执行机构动作，对桶式基础结构的各仓室分别进行注水和排水。

请参阅图3和图4，桶式基础结构由桶体上部301和桶体下部302组成，桶体下部302要求沉贯到海床里面，本实施例中有4个仓室，每个仓室的上面有一个对接口用于与水下执行机构对接；桶体上部平面304处于海水面以上，用于设置水上控制机构中各元器件。

请参阅图1，水下执行机构包括：T形的桶式基础结构对接口101、排水比例调节阀102、进水比例调节阀103、第一三通管110、第二三通管111、进水截止阀104、排水截止阀105、深海流量计106、深海潜水泵107、压力传感器113和水下连接器201。

桶式基础结构对接口101是一个“T”形连接管道，第一端连通桶式基础结构的仓室，即连接桶式基础结构的进/排水口。桶式基础结构对接口101的第二端和第三端分别连接进水比例调节阀103的排水口和排水比例调节阀102的进水口。

第一三通管110的第一端连接排水比例调节阀102的出水口，第二端连接所述进水截止阀104的出水口，第三端连接深海流量计106的进口。深海流量计106的出口通过管道连接深海潜水泵107的进水口。第二三通管111的第一端连接深海潜水泵107的出水口，第二端连接排水截止阀105的进口，第三端连接进水比例调节阀103的进水口。进水截止阀104的进水口以及排水截止阀105的排水口分别连通外部，即连通海洋。

压力传感器113安装在桶式基础结构对接口101的管道上，用于测量管内压力。水下连接器201电连接排水比例调节阀102、进水比例调节阀103、进水截止阀104、排水截止阀105、深海流量计106、深海潜水泵107、压力传感器113。

以上所述，为单仓室的桶式基础机构配置水下执行机构，具有独立工作能力，对于多仓室的桶式基础结构需要配置多台水下执行机构，通过控制程序实现联动控制。本实施例中，通过4仓的桶式基础结构来阐述工作原理和控制方法。

水下执行机构有2种工作模式，分别是注水(将海水注入仓内)和排水(将仓内的水排入大海)工作模式。注水模式：排水比例调节阀102、排水截止阀105处于截止状态，进水截止阀104处于开状态。深海潜水泵107处于工作状态，海水通过进水截止阀104、第一三通管110、深海流量计106、深海潜水泵107、第二三通管111、进水比例调节阀103、桶式基础机构对接口101注入仓内。排水模式：进水比例调节阀103、进水截止阀104处于截止状态，排水截止阀105处于开状态。深海潜水泵107处于工作状态，海水通过桶式基础结构对接口101、排水比例调节阀102、第一三通管110、深海流量计106、深海潜水泵107、第二三通管111、排水截止阀105将仓内海水排入大海。

如图2所示，水上控制机构包括设置在桶式基础结构上的控制器210、倾斜仪213、控制箱连接器202、水压传感器216和贯入深度测量仪214，

控制箱连接器202通过水下复合电缆203电连接水下连接器201。控制器210电连接控制箱连接器202。倾斜仪213、水压传感器216和贯入深度测量仪214均电连接所述控制器210。具体地，控制器210包括CPU 209、AQ(模拟量输出)模块208、D I(数字量输入)模块207、AI(模拟量输入)模块206。水上控制机构还包括外接电源的供电端子212、交流器205和深海潜水泵电流传感器204。供电端子212、交流器205、深海潜水泵电流传感器204和控制箱连接器202串联。控制器210电连接交流器205。

其中，控制箱连接器202的连接头W01、W02、W03、W04、W05、W06、W07、W08、W09分别对应水下连接器201连接头C01、C02、C03、C04、C05、C06、C07、C08、C09；水下执行机构，排水比例调节阀102的控制线和状态反馈线分别连接到水下连接器201的C01和C02连接头，进水比例调节阀103的控制线和状态反馈线分别连接到水下连接器201的C03和C04连接头，排水截止阀105连接到水下连接器201的C05，进水截止阀104连接到水下连接器201的C06，深海流量计106连接到水下连接器201的C07，压力传感器113连接到水下连接器201的C08，深海潜水泵107连接到水下连接器201的C09。水上控制机构，控制箱连接器的W01连接到AQ模块208的CH1通道，控制箱连接器的W02连接到AI模块206的CH1通道，控制箱连接器的W03连接到AQ模块208的CH2通道，控制箱连接器的W04连接到AI模块206的CH2通道，控制箱连接器的W05连接到DI模块207的CH1通道，控制箱连接器的W06连接到DI模块207的CH2通道，控制箱连接器的W07连接到AI模块206的CH3通道，控制箱连接器的W08连接到AI模块206的CH4通道，深海潜水泵电流传感器204连接到AI模块206的CH5通道，DI模块207的CH3通道连接到交流接触器205，交流接触器205通过电缆与供电端子212相连，计算机211通过网线与控制器210、贯入深度测量仪214相连，水压力传感器216连接到AI模块206的CH6通道。控制器210外接计算机211。

本发明的桶式基础结构沉贯系统的控制方法，包括下列步骤：

一、控制器210输出信号控制排水比例调节阀102、进水比例调节阀103、进水截止阀104、排水截止阀105和深海潜水泵107的启闭，给桶式基础结构注水或排水，实现桶式基础结构的沉贯。即上述的注水模式和排水模式过程。

二、在沉贯过程中，水上控制机构测量桶式基础结构的姿态，控制器210根据测量结果输出控制量控制排水比例调节阀102和进水比例调节阀103的开度，控制注水/排水的大小，调整桶式基础结构的姿态和沉贯速度。具体地，

水上控制机构测量桶式基础结构的姿态包括：

在桶式基础结构上建立水平面，建立以O坐标原点的直角坐标系，XOY面与桶式基础结构的平面重合，沉贯过程中，桶体结构姿态改变，桶式基础结构的平面XOY改变为X'OY',在调平的过程中认为是同心(调整前后坐标圆心不变)调整.X'轴与X轴的倾角为α；Y'轴与Y轴的倾角为β；产生α、β倾角，则变换矩阵R＝ROT(X,α)ROT(Y,β)

在施工过程中，控制α、β倾角不能超过3°,相对来说α、β较小，将变换矩阵进一步的简化：

则支撑点坐标系中垂直方向(Z)的位置坐标：

通过公式(3)计算出桶式结构体平面内相对于原点的位移量Z'_i。在上式中Xⁱ、Yⁱ与系统的初始状态和坐标系统的建立有关，在控制系统中，作为初始条件来处理，α、β通过安装在结构体平面倾角仪来测量，N为测量点数量，与桶式基础结构的仓室等数量。通过以上分析，将整体结构的基础分解为对点的测量，实时完成桶体姿态监测。

控制器根据测量结果输出控制量控制排水比例调节阀和进水比例调节阀的开度，包括：

通过倾角仪测量平面内测量点位移量Z'_i,控制目标是Z'_i＝0，采用PID控制算法，控制模型如图7所示：

PID控制器控制规律为：

PID传递函数为：

其中K_P表示为比例系数，一旦产生偏差信号e(t)控制器立即产生控制作用以减小误差。当偏差e＝0时，控制作用也为0，因此比例调节是基于偏差调节。K_i积分系数，对误差进行记忆，主要用于消除静差，提高系统的无差度；积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti，Ti越大，积分作用越弱，反之则越强；K_d微分环节，反映偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。

将Z'_i值赋值给y(t)；r(t)作为控制目标值；

设置：e(t)＝r(t)-y(t)，

通过公式(4)计算得到U(t)，作为排水比例调节阀和进水比例调节阀的控制量。

在本发明中y(t)＝Z'_i，在实际施工过程中，α≤3°，β≤3°,安装倾角仪，实时测结构体水平面的倾斜α、β值，然后情况通过公式(3)求出Z_i(i测量点),在本发明中r(t)＝0设置为0，为控制器目标值,只有当e(t)＝r(t)-y(t)＝0构件处于水平位置。e(t)≠0通过控制器输出控制量，根据控制量的大小调整比例阀的开度，控制注水/排水的大小，达到姿态控制的目的，并可以调整沉贯速度的大小。

三、在沉贯过程中，水上控制机构根据沉贯深度计算控制压差限值，并对比采集的桶内外压差，判断是否继续沉贯。

通过土力学分析计算，基础结构在沉贯过程中，不能突破临界压差和渗流破坏压值，通过工程经验和地勘数据资料，通过线线性拟合，采用以下方法控制桶内外压差

y＝Min[(ax+b),(cx)] 公式(6)

y代表控制压差限值，单位kPa，x代表沉贯深度，单位m；a、b、c参数根据地质参数和经验来确定。当桶内压差突破y值系统将停止沉贯，并采取相应措施。压力传感器113和水压传感器216采集获得的压力值之差作为桶内外压差；当桶内外压差大于控制压差限值时，停止沉贯。

以下以4个仓室，配置4套独立的水下执行机构为例进行阐述本发明：

如图4，在桶体上平面303建立以O为原点的直角坐标系，坐标平面XOY与桶体上平面303重合，沿桶体长边隔板为X方向，沿桶体短边隔板为Y方向。在桶体上部平面304上分别取1号测量点、2号测量点、3号测量点、4号测量点用于桶体姿态监测；请参阅图5，因为在不同时刻时，桶体沉贯入海床的情况，采用高点调平策略，姿态调整的过程就是贯入的过程。

综上所述，结合桶体构造，选择桶体姿态监测点，确定合理的坐标系，1号、2号、3号、4号测量点的变化量分别对应与1号仓、2号仓、3号仓、4号仓水下执行机构，用于控制水下执行机构比例调节阀开度，改变排水流量，达到控制桶体贯入速度和桶内压差变化速率的目的。请参阅图6桶式基础结构沉贯系统及控制方法的控制流程图，具体实施步骤如下：

S1步骤执行，S1步骤主要完成控制程序初始化，将临界压差曲线和渗流压差曲线参数a、b、c值，用于公式(6)计算，赋值j＝1,启动1#、2#、3#、4#仓的水下执行机构的深海潜水泵107,深海潜水泵107开始运行，是否排水受排水比例阀102的控制，通过深海流量计106可以进行实时监测。然后执行步骤S2、步骤S3、步骤S4、步骤S5，步骤2到步骤5是平行执行，相对独立运行，之间通过变量进行数据交换。

S2步骤执行，参阅图3、4、6和公式(3)在本发明中N＝4,1号测量点坐标为A₁(x₁,y₁,z₁),2号测量点坐标为A₂(x₂,y₂,z₂),3号测量点坐标为A₃(x₃,y₃,z₃),4号测量点坐标为A₄(x₄,y₄,z₄₁),基于图4设置的坐标系x₁＝2,y₁＝2；x₂＝-2,y₂＝2；x₃＝-2,y₃＝-2；x₄＝2,y₂＝-2；以上赋值数据为公式(3)参数设置；读取倾斜仪213(安装于桶体上平面303上，采用2轴倾角传感器用于测量桶体上平面的倾斜情况，精度0.002°，输出X、Y方向的倾斜角度，4-20ma电流信号输出)的沿X方向α角和沿Y方向β角数值；通过公式(3)分别计算4个测量点Z'₁、Z'₂、Z'₃、Z'₁₄值，并分别赋值y_t1、y_t2、y_t3、y_t4(y(t)为控制器输出值，参阅控制器模型)；判读是否n＝0(n为程序运行标志位,通过程序设置变量),如果n＝1,控制程序转到读取倾斜仪213角度值步，程序按照以上控制流程循环下去，如果n＝0，结束程序循环。

S3步骤执行，S3步骤主要功能是通过控制实时采集安装在平台上倾角仪输出的角度值α、β，α和β实时反应当前桶体上平面303的倾斜状态，通过公式(3)实时计算出Z'_i值并赋值给y(t)。在本发明中r(t1)、r(t2)、r(t3)、r(t3)分别为1号仓、2号仓、3号仓、4号仓控制目标值，程序运行时需要对r(t1)＝r(t2)＝r(t3)＝r(t3)＝0(桶体上平面303处于水平位置)进行赋值；本发明中的y(t1)、y(t2)、y(t3)、y(t4)分别为1号仓、2号仓、3号仓、4号仓高差反馈值(Z'_i值)；调用公式(4)分别计算出U(t1)、U(t2)、U(t3)、U(t4)值，对应1号仓、2号仓、3号仓、4号仓比例调节阀控制量，U(t)值用于控制排水比例阀的开度，控制比例阀开度0～100％对应控制电流在4～20mA.参阅公式(4)和控制模型，e(t)＝r(t)-y(t)＝0时，U(t)＝0,比例调节阀处于关闭状态，由于本发明采用高点调平策略，e(t)<0时，通过程序控制比例调节阀仍然处于截止状态。

S4步骤执行，步骤4是对水下执行机构进行实时监测，当j＝1时深海潜水泵107开始工作，由于稳定的水流建立需要一定时间，流量计才能测到当前流量，本控制流程设置为经过10秒钟延时后，再读取深海流量计106的数值，来判断当前水下执行机构的工作状态，当F>0(F为当前流量，单位：Q³/h),控制程序执行下步判断j＝1？,如果j＝1水泵处于运行状态，控制程序转到读取流量计值F步，进行程序循环；当F≤0时，意味着系统可能存在问题，控制程序转到报警提升步进行执行后，再进行循环；只有当j＝0时，深海潜水泵107处于停止状态，控制程序退出循环。

S5步骤执行，步骤S5桶内压差情况，桶内压差不能大于公式(6)计算的结果，否则桶(仓)与土体接触处有击穿的可能，影响到桶式基础结构正常沉贯，读取贯入深度测量仪214的x值后调用公式(6)计算当前控制极限值，与仓外压差(压力传感器113-水压力传感器216)进行比较，仓外压差>y值进行报警提升，然后控制程序循环到用公式(6)进行实时计算、判断，监测桶内外的压差在控制范围内，确保正常施工，深海潜水泵107停止后，退出循环。

S6步骤执行，只有在步骤2和步骤3循环都结束后，执行步骤6，将j＝0赋值，1#、2#、3#、4#仓的深海潜水泵停止，由于j＝0步骤4和步骤5也改变程序循环方向，跳出循环程序，最后，控制程序完成控制，停止程序执行。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (9)

1.桶式基础结构沉贯系统，连接至少设有一个仓室的桶式基础结构，其特征在于，包括：

与所述桶式基础结构的各仓室一一对应，分别进行注水和排水的各水下执行机构；

用于对桶式基础结构姿态进行测量和调整，并控制所述水下执行机构动作的水上控制机构。

2.根据权利要求1所述的桶式基础结构沉贯系统，其特征在于，所述水下执行机构包括：T形的桶式基础结构对接口、排水比例调节阀、进水比例调节阀、第一三通管、第二三通管、进水截止阀、排水截止阀、深海流量计、深海潜水泵、压力传感器和水下连接器；

所述桶式基础结构对接口的第一端连通桶式基础结构的仓室，第二端和第三端分别连接所述进水比例调节阀的排水口和所述排水比例调节阀的进水口；

所述第一三通管的第一端连接所述排水比例调节阀的出水口，第二端连接所述进水截止阀的出水口，第三端连接所述深海流量计的进口；

所述深海流量计的出口通过管道连接所述深海潜水泵的进水口；

所述第二三通管的第一端连接所述深海潜水泵的出水口，第二端连接所述排水截止阀的进口，第三端连接所述进水比例调节阀的进水口；

所述进水截止阀的进水口以及所述排水截止阀的排水口分别连通外部；

所述压力传感器安装在桶式基础结构对接口的管道上，用于测量管内压力；

所述水下连接器电连接所述排水比例调节阀、进水比例调节阀、进水截止阀、排水截止阀、深海流量计、深海潜水泵和压力传感器。

3.根据权利要求2所述的桶式基础结构沉贯系统，其特征在于，所述水上控制机构包括设置在桶式基础结构上的控制器、倾斜仪、控制箱连接器、水压传感器和贯入深度测量仪，

所述控制箱连接器通过水下复合电缆电连接所述水下连接器；

所述控制器电连接所述控制箱连接器；

所述倾斜仪、水压传感器和贯入深度测量仪均电连接所述控制器。

4.根据权利要求3所述的桶式基础结构沉贯系统，其特征在于，所述水上控制机构包括外接电源的供电端子、交流器和深海潜水泵电流传感器，

所述供电端子、交流器、深海潜水泵电流传感器和控制箱连接器串联；

所述控制器电连接所述交流器。

5.根据权利要求3所述的桶式基础结构沉贯系统，其特征在于，所述控制器外接计算机。

6.基于权利要求3所述桶式基础结构沉贯系统的控制方法，其特征在于，包括：

控制器输出信号控制排水比例调节阀、进水比例调节阀、进水截止阀、排水截止阀和深海潜水泵的启闭，给桶式基础结构注水或排水，实现桶式基础结构的沉贯；

在沉贯过程中，水上控制机构测量桶式基础结构的姿态，控制器根据测量结果输出控制量控制排水比例调节阀和进水比例调节阀的开度，控制注水/排水的大小，调整桶式基础结构的姿态和沉贯速度；

在沉贯过程中，水上控制机构根据沉贯深度计算控制压差限值，并对比采集的桶内外压差，判断是否继续沉贯。

7.根据权利要求6所述控制方法，其特征在于，水上控制机构测量桶式基础结构的姿态包括：

在桶式基础结构上建立水平面，建立以O坐标原点的直角坐标系，XOY面与桶式基础结构的平面重合，设定：桶体结构姿态改变，桶式基础结构的平面XOY改变为X'OY'，在调平的过程中认为是同心，X'轴与X轴的倾角为α；Y'轴与Y轴的倾角为β；则支撑点坐标系中垂直方向的位置坐标为：

通过上述公式计算出桶式基础结构平面内相对于原点的位移量Z'_i；在上式中，Xⁱ、Yⁱ与系统的初始状态和坐标系统的建立有关，作为初始条件来处理，α、β通过安装在所述倾角仪来测量，N为测量点数量，与桶式基础结构的仓室等数量；

控制器根据测量结果输出控制量控制排水比例调节阀和进水比例调节阀的开度，包括：

将Z'_i值赋值给y(t)；r(t)作为控制目标值；

设置：e(t)＝r(t)-y(t)，e(t)表示偏差信号；

通过公式计算得到U(t)，作为排水比例调节阀和进水比例调节阀的控制量；其中，K_P表示为比例系数，K_i积分系数，K_d微分环节。

8.根据权利要求6所述控制方法，其特征在于，水上控制机构根据沉贯深度计算控制压差限值，并对比采集的桶内外压差，判断是否继续沉贯，包括：

通过下列公式计算得到控制压差限值y：

y＝Min[(ax+b),(cx)]

x代表沉贯深度，由贯入深度测量仪测得；a、b、c参数根据地质参数和经验来确定；

压力传感器和水压传感器采集获得的压力值之差作为桶内外压差；

当桶内外压差大于控制压差限值时，停止沉贯。

9.根据权利要求6所述控制方法，其特征在于，控制器输出信号控制排水比例调节阀、进水比例调节阀、进水截止阀、排水截止阀和深海潜水泵的启闭，给桶式基础结构注水或排水，实现桶式基础结构的沉贯，包括：

注水模式：排水比例调节阀、排水截止阀处于截止状态，进水截止阀处于开状态，深海潜水泵处于工作状态；

排水模式：进水比例调节阀、进水截止阀处于截止状态，排水截止阀处于开状态，深海潜水泵处于工作状态。