DE19907388A1

DE19907388A1 - Seegangskompensationsvorrichtung

Info

Publication number: DE19907388A1
Application number: DE19907388A
Authority: DE
Inventors: Gunnar Tietze
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-03-04
Filing date: 1999-02-20
Publication date: 1999-09-16
Also published as: DE29803731U1

Abstract

Seegangskompensationsvorrichtung mit einem rechnergestützten Regler, der aufgrund der Ergebnisse von Meßwertnehmern über die Entfernung der Nutzlast vom Meeresboden (über Beschleunigung oder Meerestiefe), der Kabelzugkraft, der momentanen Stellung einer Kompensationseinrichtung und der erfaßten Schiffsbewegung an die Kompensationseinrichtung entsprechende Stellsignale abgibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Seegangskompensationsvor richtung.

Es gibt grundsätzlich zwei Arten von Systemen zur See gangskompensation. Zum einen Systeme, die eine Bewegung des Schiffes selbst verhindern bzw. vermindern sollen, wobei insbesondere die "Roll"-Bewegungen eines Schiffes um die Längsachse und die "Stampf"-Bewegungen, d. h. ein Heben und Senken des Bugs, um eine Querachse ausgegli chen werden müssen. Derartige Systeme, die die Bewegung des Schiffs vermindern, werden insbesondere auf Kreuz fahrtschiffen und dergleichen verwandt und beruhen dar auf, durch seitlich am Schiff angebrachte Vorrichtungen den Wasserwiderstand zu vergrößern und innerhalb des Schiffes schnell größere Wassermassen umzupumpen. Gerade bei kleinen Schiffen können jedoch die Auswirkungen langwelliger Dünung, die das gesamte Schiff anhebt, so nicht verhindert werden.

Eine Seegangskompensation wird jedoch auch insbesondere für kleinere Schiffe, die ozeanographische Messungen durchführen, benötigt.

Gerade für ozeanographische Messungen, bei denen an ei nem Lastarm ein sehr langes Kabel eine Messeinrichtung bis in Seebodennähe bringt, sollen jedoch all diese Be wegungen des Schiffes ausgeglichen werden, um den Ab stand der Meßsonde über dem Meeresboden oder die ge wünschte Wassertiefe möglichst konstant zu halten bzw. bei Fahrt genau kontrollieren zu können. Hierbei ergibt sich außer der Schiffsbewegung das Problem, daß ein bei spielsweise 4 km langes Stahlseil sich erheblich längen kann, was insgesamt den Effekt einer Feder mit einem Ge wicht am Ende hat, auf die dauernd von der Oberfläche vom Schiff her Energie zugeführt wird. Eine typische Auslängungsamplitude der seegangsinduzierten Schwingung eines 4 km langen Stahlseils mit 20 mm Querschnitt be trägt beispielsweise 5 Meter.

Bisherige Systeme versuchen mit einem großen Aufwand an Hardware derartige Einwirkungen möglichst gering zu hal ten.

Gerade bei ozeanographischen Messungen und Tiefseeopera tionen (wie beispielsweise der Überwachung einer Leitung am Meeresboden), die als Paketlösung auf Schiffen in stalliert werden, soll jedoch auch mit einfacheren Mit teln, ohne einen Umbau des Schiffes zu bewirken, eine Kompensation möglich sein.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale der Ansprü che gelöst. Insbesondere ist vorteilhaft, daß durch eine direkte Erfassung des Abstandes zum Meeresgrund oder der Wassertiefe der tatsächliche Ort der Nutzlast am Ende des Kabels erfaßt wird und dann eine Regelung mit Hilfe zweier nachstellbarer Steuergrößen einmal einer kurzfri stigen begrenzte Weglängen zurücklegenden Steuerung und zum anderen einer nach Ausschöpfen der kurzfristigen Än derungen nachzuführenden Längenveränderung beispielswei se von einer Speichertrommel erfolgt.

Vorteilhafterweise wird die kurzfristige Änderung bei spielsweise durch einen Kolben gesteuert, dessen Momen tanstellung Hilfe einer Fuzzy-Logik gesteuert wird, die mit vier linguistischen Variablen,

- der Heb-Senk-Geschwindigkeit des Schiffes,
- dem Kabelzug,
- der Distanz zum Meeresgrund und
- der Kolbenstellung des kurzfristigen Kompensa tionssystemes

am Eingang für die Regelung der Kolbenstellung des kurz fristigen Kompensationssystemes sorgt und zum anderen auch die Antriebskraft der Speicherwinde festlegt.

Dabei wird mit wie im Beispiel 25 linguistischen Zwi schenvariablen und 22 Zugehörigkeitsfunktionen mit in Regelblöcken festgelegten "wenn-dann" Regeln eine Fest legung der Ausgangsgrößen durch die Eingangsgrößen er reicht.

In Ausgangs-Interfaces wird eine Defuzzifizierung in analoge Größen vorgenommen. Die linguistische variable Heb-/Senkgeschwindigkeit des Schiffes wird mit drei ver schiedenen Thermen negativ, null und positiv definiert, während der Kabelzug groß positiv, groß negativ sowie die drei normalen Therme aufweist. Während die Distanz zum Meeresgrund und die Kolbenstellung wieder nur drei mögliche Therme aufweisen, wird bei der Ventilstellung des Kompensationssystems am Ausgang ebenfalls eine fünf Bereiche aufspaltene Ausgangsgröße definiert. Die Aus gangsgröße der Antriebskraft der Speicherwinde wird nur in drei Therme negativ, null und positiv aufgegliedert.

In den Zeichnungen sind die jeweiligen Zugehörigkeits funktion zu den Variablen:
in1, der Heb- und Senkgeschwindigkeit des Schiffes mit Termnamen negativ, Null und positiv
in2, dem Kabelzug, mit Termnamen positivgross, nega tivgross, negativ, Null und positiv
in3, der Distanz zum Meeresgrund mit Termnamen nega tiv, Null und Positiv, und
in4, der Kolbenstellung des Kompensationssystems mit Termnamen negativ, Null und positiv
mit den Ausgangsvariablen
out1, der Ventilstellung des Kompensationssystems mit Termnamen negativ, Null und Positiv, und
out2, der Antriebskraft der Speicherwinde
enthalten. Dabei zeigt:

Fig. 1 die Zugehörigkeitsfunktion der Variable in1,

Fig. 2 die Zugehörigkeitsfunktion der Variable in2,

Fig. 3 die Zugehörigkeitsfunktion der Variable in3,

Fig. 4 die Zugehörigkeitsfunktion der Variable in4,

Fig. 5 die Zugehörigkeitsfunktion der Variable out1,

Fig. 6 die Zugehörigkeitsfunktion der Variable out2, und

Fig. 7 die Regeln des "Wenn, Dann-Reglers".

Über einen externen Regler kann nun bei der erfindungsge mäßen Seegangskompensationsvorrichtung zunächst eine Sollwert-Vorgabe der Distanz zum Meeresboden vorgenommen werden. Eine Erprobung des Reglers läßt sich mit einer Simulation, die die Meßwertedistanz zum Meeresboden, Be schleunigung, Kolbenkraft und Kolbenstellung vorgibt, vorgenommen werden, wobei die Reglergrößen, Windendreh zahl, Kolbenstellung der Kompensationseinrichtung wieder in das Simulationsprogramm zurück übertragen werden.

Die Fig. 1 bis 6 zeigen jeweils die Zugehörigkeits funktionen der Variablen, die von der Fuzzy-Logik be rücksichtigt werden sollen. Dabei wird ein Standardwert von der Ausgangsvariablen angenommen, wenn für diese Va riable keine Regel gilt (z. B. Definitionslücken).

Für die Defuzzifizierung können dabei unterschiedliche Methoden eingesetzt werden, die entweder als plausibel stes Resultat oder den besten Kompromiß liefern.

Zu den kompromißbildenden Verfahren gehören:

- Center of Maximum,
- Center of Area und
- eine sogenannte CoABSUM Variante für effiziente VLS-Implementierungen.

Für das plausibelste Resultat dienen die Methoden

- Mean of Maximum und
- MoM BSUM, wiederum eine Variante für effiziente VLSI-Implementierungen.

Das Verhalten des Reglers der Kompensationsvorrichtung in den verschiedenen Prozeßsituationen wird durch Regel blöcke festgelegt. Jeder einzelner Regelblock enthält Regeln für einen festen Satz von Eingangs- und Ausgangs variablen. Ein Wenn-Teil der Regeln bezeichnet dabei die Situation in der die Regel gelten soll, der Dann-Teil die Reaktion hierauf.

Durch den Faktor DoS (Degree of Support) kann dabei den einzelnen Regeln ein unterschiedliches Gewicht gegeben werden.

Zur Auswertung der Regeln wird zuerst der Wenn-Teil be rechnet. Hier können verschiedene Verfahren eingesetzt werden, die durch den Operatortyp des Regelblocks fest gelegt sind. Der Operator kann vom Typ "MIN-MAX", "MIN-AVG" oder "Gamma" sein. Das Verhalten des Operators wird zusätzlich durch eine Parameterisierung beeinflußt wer den, bei der ein Minimum-Operator, der die Verallgemei nerung des Boolschen "UND" ist, mit dem Parameterwert 0 angenommen wird und ein Maximum-Operator, der eine Ver allgemeinerung des Boolschen "ODER" ist, mit dem Parame terwert 1 angenommen wird. Gamma als Produkt-Operator erhält ebenfalls den Parameterwert O. Die Ergebnisse der einzelnen Regeln werden bei der anschließenden Fuzzy- Komposition in einer Schlußfolgerung zusammengefaßt, bei der nach der BSUM-Methode alle für einen Zustand gelten den Regeln betrachtet werden, während bei einer MAX- Methode nur dominante Regeln berücksichtigt werden.

Claims

1. Seegangskompensationsvorrichtung, gekennzeichnet durch einen rechnergestützten Regler, der aufgrund der Ergeb nisse von Meßwertnehmern über die Entfernung der Nutz last vom Meeresboden (über Beschleunigung oder Meeres tiefe), der Kabelzugkraft, der momentanen Stellung einer Kompensationseinrichtung und der erfaßten Schiffsbewegung an die Kompensationseinrichtung ent sprechende Stellsignale abgibt.

2. Seegangskompensationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler unter Berück sichtigung der Momentanstellung einer kurzfristigen Kompensationseinrichtung dazu eingerichtet ist, ein zweites Stellsignal an eine Speicherwinde zu geben.

3. Seegangskompensationsvorrichtung, dadurch gekenn zeichnet, daß der Regler eine Fuzzy-Logik mit vier Ein gangsgrößen ist, von denen wenigstens einer in fünf verschiedene Eingangsvarianten aufgeteilt sind.

4. Seegangskompensationsvorrichtung, dadurch gekenn zeichnet, daß der Regler einen geschalteten Regelblock mit parametrisierten "WENN, DANN"-Regeln aufweist, de ren Ergebnisse einer MoM oder BSUM gewichtenden Fuzzy- Logik zugeführt sind.