[发明专利]一种海上廊桥快速精准波浪补偿控制方法

说明书

本发明公开了一种海上廊桥快速精准波浪补偿控制方法，包括以下步骤：设计边界函数；设计等效误差映射函数；设计梯架尖端点位置镇定控制输入向量。本发明设计的边界函数能够预先设置廊桥波浪补偿控制系统的调节时间(梯架尖端点的位置与换乘点位置之间的误差进入并不再超出稳态误差带的时间)这一动态控制性能指标和稳态误差这一稳态控制性能指标，因此，基于此设计的梯架尖端点位置镇定控制输入向量可以保证梯架尖端点在期望的时间内达到换乘点并以期望的精度维持在换乘点，从而使得海上廊桥快速精准地补偿海洋环境扰动引起的船舶摇荡运动，为人员换乘和物资转运提供了更有力的安全保障。

技术领域

本发明涉及船舶与海洋工程领域的装备控制技术，特别是一种海上廊桥快速精准波浪补偿控制方法。

背景技术

海上廊桥用于船舶与海上建筑物之间的人员换乘和物资转运。船舶受到风、浪、流等海洋环境影响会产生横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和垂荡六个自由度的运动，对人员换乘和物资转运造成安全隐患。船舶动力定位系统可抑制船舶的横荡、纵荡和艏摇运动，而具有波浪补偿功能的海上廊桥可抑制船舶的横摇、纵摇和垂荡运动，为海上人员换乘和物资转运提供安全保障。

中国专利CN108411766B公开了一种位置补偿可伸缩式登船栈桥控制系统及控制方法，包括位置补偿控制系统和位置补偿液压系统，位置补偿控制系统包括工控机、MRU传感器、操作手柄和驾驶室按钮等，位置补偿液压系统包括动力系统、回转液压系统、伸缩液压系统和变幅液压系统，其中，工控机中采用的控制算法为数字PID。中国专利CN107434010B公开了一种电动的海浪主动补偿登乘系统及其控制方法，通过位姿检测系统检测船舶位置和姿态，并传递给运动控制系统，结合滑模控制方法设计了登乘系统的高级控制算法，实时控制横滚补偿机构、俯仰补偿机构和伸缩补偿机构对海浪进行主动补偿，保持登乘系统的末端与海上的风机平台接触点位置相对不变。中国专利CN113104153B公开了一种海上换乘栈桥波浪补偿控制系统及其工作方法，利用激光雷达的相对运动测量单元获得栈桥尖端与换乘点的相对位移，并采用时间序列法对这个相对位移进行极短期预报，通过运动学反解计算得到栈桥液压马达的期望转动量，结合自抗扰控制技术设计了液压马达的自抗扰控制算法，最终主动补偿波浪引起的船舶摇荡运动对换乘栈桥的影响。然而，在上述专利中，廊桥波浪补偿控制系统的调节时间(梯架尖端点的位置与换乘点位置之间的误差进入并不再超出稳态误差带的时间)这一动态控制性能指标和稳态误差这一稳态控制性能指标均不能被预先设置，所以无法保证梯架尖端点在期望的时间内达到换乘点并以期望的精度维持在换乘点，因此，无法快速精准地补偿海洋环境扰动引起的船舶摇荡运动。

发明内容

为解决现有技术存在的上述不足，本发明要提出一种海上廊桥快速精准波浪补偿控制方法，能够预先设置廊桥波浪补偿控制系统的调节时间(梯架尖端点的位置与换乘点位置之间的误差进入并不再超出稳态误差带的时间)这一动态控制性能指标和稳态误差这一稳态控制性能指标，保证梯架尖端点在期望的时间内达到换乘点并以期望的精度维持在换乘点，从而保证廊桥快速精准地补偿海洋环境扰动引起的船舶摇荡运动。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种海上廊桥快速精准波浪补偿控制方法，所述的海上廊桥包括梯架、控制器、检测装置、回转机构、俯仰机构和伸缩机构，所述梯架的动力学方程如式(1)所示：

式中，p＝[p₁,p₂,p₃]∈R³为梯架尖端点在惯性坐标系下的位置向量，p_i为向量p的第i个元素，i＝1,2,3；和分别为p的一阶导数和二阶导数，M(p)∈R^3×3为梯架的惯性矩阵，为梯架的科氏向心力矩阵，G(p)∈R³为梯架的重力向量，u∈R³为梯架的控制输入向量；所述的控制器实现梯架位置镇定控制，并计算出控制输入向量u；

所述的检测装置实时测量梯架尖端点在惯性坐标系下的位置向量p及其一阶导数并传送给控制器；