[发明专利]浅海移动式平台的自动调平系统及调平方法

权利要求书

1.浅海移动式平台的自动调平系统，主要包括拉线编码器测距系统、主控制系统、倾角仪测角度系统，悬挂支腿控制系统、显示和警示系统，其特征在于：拉线编码器测距系统，主要由一个拉线编码器组成，安装在某个悬挂支腿上，它的作用是测量悬挂支腿里油缸伸缩的距离，并将测得的数据发送到主控制系统，倾角仪测角度系统，主要是由一个倾角仪组成，安装在工作平台的几何中心，它的作用是主要测量工作平台的俯仰倾角及侧倾角，并将测得的数据发送到主控制系统，主控制系统，它的作用是将接收地数据进行分析比较，判断四个悬挂支腿需要移动多少距离能让工作平台保持水平，并发出信号到悬挂支腿控制系统和显示和警示系统，悬挂支腿控制系统、显示和警示系统，主要执行主控制系统发出的信号。

2.根据权利要求1所述的浅海移动式平台的自动调平系统，其特征在于：浅海移动式平台的自动调平方法，步骤如下：

步骤一、初始高度设定：主令高度以给定指令为主设定值，支腿A以拉线编码器所测高度为反馈值进行跟踪，其余各支腿以支腿A所测高度为参考值，依据水平仪角度值(α，β)、结构参数、支腿压力进行自动调整；

1、初始参考值设定：(假设平台初始处于最低位置)

(1)依据水平仪角度值(α，β)、结构参数进行自动调平；

①设当前平台几何中心的高度为Hc，4个支腿的高度分别为：

式中，L₁、L₂分别指的是平台的长和宽，Α和β为水平仪角度值，求出H₁,H₂,H₃,H₄的最大值H_MAX,令主令高度为H_MAX+100(mm),各支腿控制系统自动进行高度调整和自动调平；

②当第一支腿的初始高度为最高时，则新调平位置的平台几何中心的高度H_C0为：

H_C0＝H₁+100＝H_MAX+100；H₁＝H_MAX

H₂＝H₁-L₂sinα；H₃＝H₁-L₁sinβ；H₄＝H₁-L₂sinα-L₁sinβ

式中，L₁、L₂分别指的是平台的长和宽，Α和β为水平仪角度值；

③当第二支腿的初始高度为最高时，则新调平位置的平台几何中心的高度H_C0为：

H_C0＝H₂+100＝H_MAX+100；H₁＝H_MAX+L₂sinα

H₂＝H₁-L₂sinα；H₃＝H₁-L₁sinβ；H₄＝H₁-L₂sinα-L₁sinβ

式中，L₁、L₂分别指的是平台的长和宽，Α和β为水平仪角度值；

④当第三支腿的初始高度为最高时，则新调平位置的平台几何中心的高度H_C0为：

H_C0＝H₃+100＝H_MAX+100；H₁＝H_MAX-L₁sinβ

H₂＝H₁-L₂sinα；H₃＝H₁-L₁sinβ；H₄＝H₁-L₂sinα-L₁sinβ

式中，L₁、L₂分别指的是平台的长和宽，Α和β为水平仪角度值；

⑤当第四支腿的初始高度为最高时，则新调平位置的平台几何中心的高度H_C0为：

H_C0＝H₄+100＝H_MAX+100；H₁＝H_MAX-L₂sinα-L₁sinβ

H₂＝H₁-L₂sinα；H₃＝H₁-L₁sinβ；H₄＝H₁-L₂sinα-L₁sinβ

式中，L₁、L₂分别指的是平台的长和宽，Α和β为水平仪角度值；

(2)当高度上升100mm后，停止，观测平台的实际水平状态，并与水平仪角度值(α，β)进行比较，此时水平仪角度值(α，β)应为0；

(3)若平台的实际水平状态与水平仪角度值一致，记录当前支腿A的高度H₁，计算平台几何中心点的高度H_C0，同时记录各支腿的控制压力(P₁₀,P₂₀,P₃₀,P₄₀)；

步骤二、高度设定：

(1)继续调整平台高度至期望高度：给定一个期望高度，支腿A以拉线编码器所测高度为反馈值进行跟踪，其余各支腿以支腿A所测高度为参考值，依据水平仪角度值(α，β)、结构参数、支腿压力进行自动调整；

H₂＝H₁-L₂sinα；H₃＝H₁-L₁sinβ；H₄＝H₁-L₂sinα-L₁sinβ

式中，H₂、H₃、H₄分别为支腿的高度，L₁、L₂分别指的是平台的长和宽，Α和β为水平仪角度值；

(2)观测平台的实际水平状态与水平仪角度值一致，并记录当前支腿A的高度H₁₀，计算平台几何中心点的高度H_C0，同时记录各支腿的控制压力(P₁₀,P₂₀,P₃₀,P₄₀)；

步骤三、行进时高度保持：

行进时，需要保证平台中心的高度H_C和姿态(α＝0，β＝0)同时保持恒定，而各支腿需要适应海底工况进行实时自动调节，以保证平台中心的高度H_C0保持恒定，平台中心的高度H_C由平台高度检测传感器设定，可利用加速度传感器/激光扫平仪/GPS检测高度；

步骤四、行进时自动调平：

行进时，需要保证平台中心的高度和姿态H_C0(α＝0，β＝0)同时保持恒定，而各支腿需要适应海底工况依据平台中心的高度H_C、姿态角(α，β)、结构参数、支腿压力进行实时自动调节，在保证平台中心高度H_C0恒定的同时，保证平台的姿态保持水平状态；

式中，H₂、H₃、H₄分别为支腿的高度，L₁、L₂分别指的是平台的长和宽，Α和β为水平仪角度值；

步骤五、静止时的自动调平：

静止时，系统处于工作状态，也需要保持平台中心的高度H_C0和姿态(α＝0，β＝0)同时保持恒定，由于此时平台不移动，所以保持姿态及高度的方法有两种：

(1)静态保持：仅利用锁紧装置(平衡阀、锁紧缸)进行姿态保持，

(2)动态保持：利用锁紧装置(平衡阀、锁紧缸)进行姿态保持，并实时监控平台的姿态，当其姿态发生变化时，实时进行调节，

由于平台运行的安全性问题，要求自行走海洋平台可实现自动调平与高度保持，旨在保证设备的安全运行，自动调平控制系统的要求如下：

1.行进时，行驶速度<2km/h；

2.平台中心高度与设定值的误差最大范围小于±50mm；

3.姿态角小于±0.8°；

姿态及高度控制系统采用阀控油缸来调节支腿的高度，利用安装于平台几何中心的水平仪和支腿高度检测传感器检测海洋平台的姿态及高度，通过中央控制器对控制支腿高度的控制阀个支腿分别依据平台的姿态和高度进行高度调整，以实现海洋平台行走时适应海底工况的自动调平控制；

(1)当平台高度H_C与H_C0偏离小于±30mm、姿态角θ小于+/-0.3°时，不进行调整；

(2)当平台高度H_C与H_C0偏离大于±30mm、姿态角θ大于+/-0.3°时，进行姿态与高度的自动调整；

(3)当平台高度H_C与H_C0偏离大于±50mm、姿态角θ大于+/-0.5°时，进行姿态与高度的自动调整，并发出警示信号；

(4)当平台高度H_C与H_C0偏离大于±80mm、姿态角θ大于+/-0.8°时，平台自动停止，并发出报警信号。