海洋浮式结构物参数共振运动的预警方法、装置及设备制造方法及图纸

本发明专利技术提供海洋浮式结构物参数共振运动的预警方法、装置及设备，包括：获取实时采集的所述海洋浮式结构物的不同自由度上的运动信号；将所述不同运动信号的时历数据线性叠加以得到合信号的时历数据；根据所述合信号的时历数据生成所述合信号的瞬时频率随时间变化的瞬时频率时历数据；从所述瞬时频率时历数据中辨识出频率突变；其中，所述频率突变是在参数共振运动发生时由至少两个自由度上的运动信号间的倍频关系引起的；根据所述频率突变计算得到参数共振运动发生的时刻以供进行预警。本发明专利技术采用更高效的算法和更少的装置成本来实现参数共振运动的超前预警，能够在参数共振发生的初期运动幅值较小时，消耗很少的能量来高效地规避参数共振运动。

Early Warning Method, Equipment and Equipment for Parametric Resonance Motion of Ocean Floating Structures

The present invention provides an early warning method, device and equipment for parametric resonance motion of ocean floating structures, including acquiring real-time motion signals on different degrees of freedom of the floating structures, linearly overlapping the time-history data of the different motion signals to obtain the time-history data of the combined signals, and generating the instantaneous frequency of the combined signals according to the time-history data of the combined signals. Time-varying instantaneous frequency time-history data; frequency mutation is identified from the instantaneous frequency time-history data; where the frequency mutation is caused by the frequency doubling relationship between motion signals at least two degrees of freedom when the parametric resonance motion occurs; and the time when the parametric resonance motion occurs is calculated from the frequency mutation for early warning. The invention adopts more efficient algorithm and less device cost to realize advanced warning of parametric resonance motion, and can efficiently avoid parametric resonance motion when the initial motion amplitude of parametric resonance is small.

【技术实现步骤摘要】
海洋浮式结构物参数共振运动的预警方法、装置及设备
本专利技术涉及船舶与海洋工程领域，特别是涉及用于检测海洋浮式结构物的参数共振运动的预警方法、装置、存储介质及设备。
技术介绍
海洋浮式结构物如船舶、海洋平台和海上浮式风机等在波浪激励下除了会发生常规的波激运动外还会发生非线性的参数共振运动，如：集装箱船和豪华邮轮的参数横摇运动、SPAR平台和海上浮式风机的参数纵摇运动等。参数共振发生时，会伴随有浮式结构物的大幅剧烈运动甚至失稳倾覆，造成重大的人员和财产损失，如：集装箱船大幅参数横摇下的丢箱、SPAR平台和海上浮式风机在大幅参数纵摇运动下的系缆断裂等。因此，亟需采取措施来规避参数共振的发生。目前，海洋浮式结构物上多安装有主动(主动减摇水舱、减摇鳍、动力定位系统等)和被动装置(被动减摇水舱、舭龙骨、垂荡板等)来进行波激运动的有效规避。然而，这些装置对于比常规波激运动更剧烈的参数共振运动规避效果有限。根据参数共振运动的特性，其在发生初期刚满足参数共振条件时，运动幅值较小。因此，如果能在参数共振发生的初期进行预警，采用装置改变达成共振的条件，就可以通过消耗很少的能量来高效地规避参数共振运动。可见，海洋浮式结构物的超前预警装置对于其安全性具有重要意义。中国专利技术专利申请“一种主动抑制参数横摇的船舶航迹跟踪预测控制方法”(公开号：CN104881040A)提出在船舶发生参数横摇时，采用舵在尽可能小的牺牲船舶航迹跟踪性能的前提下来抑制参数横摇。在该专利技术中，舵在发生大幅参数共振运动时才进行减摇，需要消耗大量能量而且会影响船舶航迹跟踪性能。可见，进行参数共振运动的超前预警，在运动幅度小的时候进行抑制的重要性。韩国专利“Parametricrollpreventingapparatusandmethodforvessel”(公告号：KR100827396B1)的专利技术人提出一种船舶参数横摇的预警方法与装置，并采用舵进行参数横摇抑制。其预警装置中需要采用的海浪监测设备(wavemonitoringdevice)不易获得，应用具有一定局限性，这与本专利技术中仅采用方便获取的运动信号进行参数共振超前预警有明显区别。丹麦专利“Predictionofresonantoscillation”(公开号：WO2010118752A1)的专利技术人提出一种进行两个相关振荡信号间参数共振预报的算法及装置，其将两个相关振荡信号进行时域和频域上的变换处理，进而分别设计了频域中的频率辨识和时域中的相位辨识两个预报机制，来进行参数共振的预报。然而，该算法及装置中仅涉及参数横摇的预警，未在预警的时效性上进行专门设计，这与本专利技术强调的超前预警存在明显不同，且本专利技术的算法中采用希尔伯特-黄方法直接得到时频结合信息，与此专利技术中分别得到时域与频域信息的做法有根本不同。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供海洋浮式结构物参数共振运动的预警方法、装置、介质及设备，采用更高效的算法和更少的装置成本来实现参数共振运动的超前预警，以期能够在参数共振发生的初期运动幅值较小时，消耗很少的能量来高效地规避参数共振运动。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种海洋浮式结构物参数共振运动的预警方法，包括：获取实时采集的所述海洋浮式结构物的不同自由度上的运动信号；将所述不同运动信号的时历数据线性叠加以得到合信号的时历数据；根据所述合信号的时历数据生成所述合信号的瞬时频率随时间变化的瞬时频率时历数据；从所述瞬时频率时历数据中辨识出频率突变；其中，所述频率突变是在参数共振运动发生时由至少两个自由度上的运动信号间的倍频关系引起的；根据所述频率突变计算得到参数共振运动发生的时刻以供进行预警。于本专利技术一实施例中，根据所述合信号的时历数据生成所述合信号的瞬时频率随时间变化的瞬时频率时历数据是基于增量实时希尔伯特-黄算法实现的，包括：从所述合信号中筛选出所有局部对称于平均值零的模态函数；对筛选得到的模态函数进行希尔伯特变换以求得所述瞬时频率。于本专利技术一实施例中，所述根据所述频率突变计算得到参数共振运动发生的时刻，包括：建立条件Γ1及条件Γ2：其中，fMA(t)为瞬时频率，th为吉布斯峰值点的时间，μ1为参数，TS2为目标运动信号的固有周期，频率下降幅度α表示频率相对于[0,th]区间内的平均频率fAverage(th)下降的幅度，αcr为预设的临界频率下降幅度；suchthat:-f′MA(t)＞ΘPR其中，ΘPR为变化率阈值，超过此阈值则表示有可能发生了参数共振运动，低于此阈值则表示不是参数共振所引起的频率变化；根据所述条件Γ1和条件Γ2，计算得到参数共振运动发生的时刻tp＝th+μ1TS2。于本专利技术一实施例中，所述变化率阈值ΘPR设置为：所述目标运动信号的固有频率及与所述目标运动信号形成倍频关系的运动信号的固有频率的差值与过渡时间的比值，其中，所述过渡时间为所述目标运动信号的固有周期及与所述目标运动信号形成倍频关系的运动信号的固有周期之和。于本专利技术一实施例中，在根据所述条件Γ1和条件Γ2计算得到参数共振运动发生的时刻之前，对所述瞬时频率时历数据进行预处理以消除其中由数值误差造成的数据点；将预处理后的瞬时频率时历数据作为瞬时频率fMA(t)，代入所述条件Γ1和条件Γ2进行计算。于本专利技术一实施例中，所述预处理是基于移动平均算法实现的。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种海洋浮式结构物参数共振运动的预警装置，包括：信号采集模块，用于获取实时采集的所述海洋浮式结构物的不同自由度上的运动信号；信号处理模块，用于将所述不同运动信号的时历数据线性叠加以得到合信号的时历数据；根据所述合信号的时历数据生成所述合信号的瞬时频率随时间变化的瞬时频率时历数据；从所述瞬时频率时历数据中辨识出频率突变；其中，所述频率突变是在参数共振运动发生时由至少两个自由度上的运动信号间的倍频关系引起的；共振预警模块，用于根据所述频率突变计算得到参数共振运动发生的时刻以供进行预警。于本专利技术一实施例中，所述信号处理模块根据所述合信号的时历数据生成所述瞬时频率时历数据是基于增量实时希尔伯特-黄算法实现的，包括：从所述合信号中筛选出所有局部对称于平均值零的模态函数；对筛选得到的模态函数进行希尔伯特变换以求得所述瞬时频率。于本专利技术一实施例中，所述共振预警模块根据所述频率突变计算得到参数共振运动发生的时刻是通过以下方式实现的：建立条件Γ1及条件Γ2：其中，fMA(t)为瞬时频率，th为吉布斯峰值点的时间，μ1为参数，TS2为目标运动信号的固有周期，频率下降幅度α表示频率相对于[0,th]区间内的平均频率fAverage(th)下降的幅度，αcr为预设的临界频率下降幅度；suchthat:-f′MA(t)＞ΘPR其中，ΘPR为变化率阈值，超过此阈值则表示有可能发生了参数共振运动，低于此阈值则表示不是参数共振所引起的频率变化；根据所述条件Γ1和条件Γ2，计算得到参数共振运动发生的时刻tp＝th+μ1TS2。于本专利技术一实施例中，所述变化率阈值ΘPR设置为：所述目标运动信号的固有频率及与所述目标运动信号形成倍频关系的运动信号的固有频率的差值与过渡时间的比值，其中，所述过渡时间为所述目标运动信号的固有周期及与所述目标运动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海洋浮式结构物参数共振运动的预警方法，其特征在于，包括：获取实时采集的所述海洋浮式结构物的不同自由度上的运动信号；将所述不同运动信号的时历数据线性叠加以得到合信号的时历数据；根据所述合信号的时历数据生成所述合信号的瞬时频率随时间变化的瞬时频率时历数据；从所述瞬时频率时历数据中辨识出频率突变；其中，所述频率突变是在参数共振运动发生时由至少两个自由度上的运动信号间的倍频关系引起的；根据所述频率突变计算得到参数共振运动发生的时刻以供进行预警。

【技术特征摘要】
1.一种海洋浮式结构物参数共振运动的预警方法，其特征在于，包括：获取实时采集的所述海洋浮式结构物的不同自由度上的运动信号；将所述不同运动信号的时历数据线性叠加以得到合信号的时历数据；根据所述合信号的时历数据生成所述合信号的瞬时频率随时间变化的瞬时频率时历数据；从所述瞬时频率时历数据中辨识出频率突变；其中，所述频率突变是在参数共振运动发生时由至少两个自由度上的运动信号间的倍频关系引起的；根据所述频率突变计算得到参数共振运动发生的时刻以供进行预警。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述合信号的时历数据生成所述瞬时频率时历数据是基于增量实时希尔伯特-黄算法实现的。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述频率突变计算得到参数共振运动发生的时刻，包括：建立条件Γ1及条件Γ2：Γ1：其中，fMA(t)为瞬时频率，th为吉布斯峰值点的时间，μ1为参数，TS2为目标运动信号的固有周期，频率下降幅度α表示频率相对于[0,th]区间内的平均频率fAverage(th)下降的幅度，αcr为预设的临界频率下降幅度；Γ2：其中，ΘPR为变化率阈值，超过此阈值则表示有可能发生了参数共振运动，低于此阈值则表示不是参数共振所引起的频率变化；根据所述条件Γ1和条件Γ2，计算得到参数共振运动发生的时刻tp＝th+μ1TS2。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述变化率阈值ΘPR设置为：所述目标运动信号的固有频率及与所述目标运动信号形成倍频关系的运动信号的固有频率的差值与过渡时间的比值，其中，所述过渡时间为所述目标运动信号的固有周期及与所述目标运动信号形成倍频关系的运动信号的固有周期之和。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在根据所述条件Γ1和条件Γ2计算得到参数共振运动发生的时刻之前，还包括：对所述瞬时频率时历数据进行预处理以消除其中由数值误差造成的数据点；将预处理后的瞬时频率时历数据作为瞬时频率fMA(t)，代入所述条件Γ1和条件Γ2进行计算。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预处理是基于移动平均算法实现的。7.一种海洋浮式结构物参数共振运动的预警装置，其特征在于，包括：信号采集模块，用于获取实时采集的所述海洋浮式结构物的不同自由度上的运动信号；信号处理模块，用于将所述不同运动信号的时历数据线性叠加以得到合信号的时历数据；根据所述合信号的时历数据生成所述合信号的瞬时频率随时间变化的瞬时频率时历数据；从所述瞬时频率时历数据中辨识出频率突变；其中，所述频率突变...

【专利技术属性】
技术研发人员：马宁，于立伟，平川嘉昭，荒井诚，王德禹，顾解忡，
申请(专利权)人：上海交通大学，国立大学法人横滨国立大学，
类型：发明
国别省市：上海,31