全回转起重船压载水动态调拨协同作业控制仿真方法及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113844616A(43)申请公布日2021.12.28(21)申请号202111207201.5(22)申请日2021.10.15(71)申请人大连海事大学地址116026辽宁省大连市高新园区凌海路1号(72)发明人刘志杰林鹏梁辰刘俏王晓邦(74)专利代理机构大连东方专利代理有限责任公司21212代理人姜玉蓉李洪福(51)Int.Cl.B63B79/20(2020.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称全回转起重船压载水动态调拨协同作业控制仿真方法及系统(57)摘要本发明公开了一种全回转起重船压载水动态调拨协同作业控制仿真方法及系统，其中方法包括：获取各个压载舱的当前液位信息和压载管路的状态信息；基于船体复原力矩，采用起重船力矩平衡数学模型计算起吊重物作业过程中的船体姿态倾角，采用全回转起重船压载水调拨优化模型计算当前情况下的最优调拨方案并确定各个舱室水位最优变化量并控制阀门的开闭情况，采用吊机实时匹配策略、延时等待策略和阈值控制策略对压载水的调拨和吊机起吊重物回转运动进行协调控制，将起重船压载水产生的平衡力矩抵消吊机回转重物产生的倾覆力矩，在吊机达到目标位置完成作业的同时完成压载水的调拨，控制船体一直处在安全倾斜角度范围内。CN113844616ACN113844616A权利要求书1/2页1.一种全回转起重船压载水动态调拨协同作业控制仿真方法，其特征在于包括：获取各个压载舱的当前液位信息和压载管路的状态信息；吊重物的重量、回转力臂大小及回转速度和角度信息；当前环境的风速大小、风向、主要波向、平均波周期和平均波高信息；船艏、船艉、左舷和右舷的吃水压力信息；基于上述获取的信息计算压载系统、吊物系统、周围环境对船体的倾覆力矩，基于船体复原力矩，采用起重船力矩平衡数学模型计算起吊重物作业过程中的船体姿态倾角，利用四角吃水原理获得在船艏、船艉、左舷和右舷处的吃水高度，根据上述吃水高度计算船体姿态倾角；设定周围环境参数变化阈值，采用全回转起重船压载水调拨优化模型计算当前情况下的最优调拨方案并确定各个舱室水位最优变化量，基于所述各个舱室的最优变化水量确定各个舱室采取进水动作或排水动作，从而控制阀门的开闭情况，并计算压载系统作业时间包括各个舱室水位变化时间、阀门相应动作时间以及压载水管路流动时间；当周围环境参数大于参数变化阈值时，则采用全回转起重船压载水调拨优化模型重新计算最优调拨方案并再次控制阀门的开闭；采用吊机实时匹配策略、延时等待策略和阈值控制策略对压载水的调拨和吊机起吊重物回转运动进行协调控制，将起重船压载水产生的平衡力矩抵消吊机回转重物产生的倾覆力矩，在吊机达到目标位置完成作业的同时完成压载水的调拨，控制船体一直处在安全倾斜角度范围内。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对全回转起重船压载水调拨方案进行控制时对各个舱室的液位变化、阀门和泵的开闭状态、吊机启停转速以及船体姿态进行实时监控，采用数值和动态图像显示形式进行状态显示，并实时展示起重船吊装过程中吊机运行状态和压载水调拨状态，当出现船体倾角大于安全阈值时发出预警信号并强制停止压载系统和吊物系统工作并转人工操作、同时生成报警记录报表，当船体倾角一直小于安全阈值时，则压载系统和吊物系统运行直至作业完成并生成本次作业数据报表、船体位姿变化曲线图。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述吊机实时匹配策略方式为：通过全回转起重船压载水调拨优化模型计算出各个舱室的水量随时间的变化关系，根据全船每个压载舱每一时刻的水量获得该时刻下的压载力矩，通过力矩平衡得到每一时刻由吊物产生的力矩，通过获得的力矩求得吊机回转的角速度，将该角速度的变化值进行曲线拟合获得拟合函数，将该拟合函数导入通过Simulink搭建的仿真模型中得到船舶的倾斜角度，使压载水连续调拨所产生的平衡力矩变化值与吊机回转过程中所产生的倾覆力矩变化值实时匹配，从而控制回转起重作业全过程中的力矩平衡、保证船舶稳性。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：采用延时等待策略与阈值控制策略相结合方式对回转作业过程中的船舶姿态进行控制：当吊机回转造成的横倾角达到船舶横倾角度阈值时，吊物系统停止运行，等待压载水调拨使船舶姿态回调，待船舶恢复至平衡状态时，吊物系统再次启动，吊物系统与压载系统如此往复动作，最终完成回转起重作业。5.一种全回转起重船压载水动态调拨控制仿真系统，其特征在于包括：压载系统模块，基于各个压载舱的液位信号确定各个压载舱对船体的力矩信号，并基于各个进水排水阀门开闭信号和泵的运行参数信号确定压载系统管路对阀门和泵的控制2CN113844616A权利要求书2/2页信号；吊物系统模块，基于起吊重物重量、起吊力臂和回转角度确