石油模块移位过程中受力主动控制方法技术

本发明专利技术公开了石油模块移位过程中受力主动控制方法,包括以下步骤：将称重环节中顶升油缸的压力值作为移位过程中顶升油缸的压力设定值；利用双轴倾斜传感器获取石油模块在x、y两个方向的倾斜角，推导各个桩腿沿z方向的变化量，并将推导的桩腿位移变化量的相反值作为位移设定值；采用双闭环控制系统，其中：内环控制为压力控制，利用比例压力阀以控制顶升油缸的压力，使得移位过程中顶升油缸的压力与设定值保持一致。外环控制为位移控制，利用比例方向阀以控制顶升油缸活塞的位移，完成对支撑桩腿的位移调节。本发明专利技术方法实用有效，既保证了石油模块的受力控制又避免产生结构内力，具有很重要的工程背景和应有价值。

Active force control method in the process of displacement of petroleum module

【技术实现步骤摘要】
石油模块移位过程中受力主动控制方法
本专利技术涉及主动控制方法，尤其涉及石油模块移位过程中受力主动控制方法。
技术介绍
石油模块一般在陆地上建造完毕后，由驳船运送到海上进行安装。如图1所示，石油模块11一般是由四个桩腿8及甲板片9组成的框架结构。在进行石油模块11移位前，需要对其进行称重，通过顶升油缸6将石油模块11整体抬升一定的高度，根据各个顶升油缸6中的压力可以计算四个桩腿8的重量及整个模块的重心等参数。在陆地上进行移动时，首先夹紧液压缸1的活塞伸出，使得爬行器3中楔形块与滑道块2侧面接触。当顶推油缸4的活塞伸出时，爬行器3中楔形块利用自锁原理为顶推油缸4提供反力，使得顶推油缸4推动滑靴5在滑道块上移动，从而实现上部石油模块11向驳船进行移动。在进行移位过程中，由于四个桩腿8重量不一致使得滑道沉降量不同，以及滑道面不够水平等因素，容易使得石油模块11发生倾斜，使得某一个桩腿对滑道的作用力过大。保证滑道受力在可控范围之内，降低大型结构物的桩腿的支撑力，是一项亟待解决的问题。由于石油模块11的四个桩腿8是依靠液压缸来支撑，此时石油模块属于超静定结构。若只是保持顶升油缸6的压力不变，不考虑桩腿位移因素，容易使得石油模块产生内力。如何保障石油模块移位过程中安全性与稳定性是一项非常重要的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服已有技术的不足，针对石油模块在移位过程中受力问题，提供一种实用、方便和有效的石油模块移位过程中受力主动控制方法。本专利技术的一种石油模块移位过程中受力主动控制方法，包括以下步骤：步骤一、将称重环节中各个顶升油缸压力稳定后的压力值作为移位过程中各个顶升油缸的压力设定值；每个顶升油缸的无杆腔分别通过结构相同的第一油路与第一分流集流阀的分流阀口连通，从分流集流阀至顶升油缸的无杆腔方向，在所述的第一油路上依次连接有比例压力阀、液控单向阀和压力传感器，第二油路一端连接油箱并且另一端依次连接液压泵、比例方向阀以及所述的分流集流阀的集流阀口，溢流阀的进口通过侧管与比例方向阀以及液压泵之间的第二油路连通并且出口通过回流管路与油箱连通，所述的每个顶升油缸的有杆腔分别通过出油管路与第二分流集流阀的分流阀口连通，所述的第二分流集流阀的集流阀口通过第三油路与比例方向阀连接；步骤二、以石油模块的四个桩腿为矩形的四个顶点，以矩形的中心为坐标原点，以移位方向为x轴，利用右手定则建立空间坐标系，将双轴倾斜传感器水平安装于石油模块甲板片上，利用双轴倾斜传感器获取石油模块在x、y两个方向的倾斜角，其中α为石油模块绕x轴的倾斜角，β为石油模块绕y轴的倾斜角，根据机器人运动学得到坐标系变换矩阵，推导各个桩腿沿z方向的变化量，并将推导的桩腿位移变化量的相反值作为位移设定值：Δzi＝αyi-βxi(i＝1，2，3，4)式中，Δzi为第i个桩腿沿z方向的变化量，xi为第i个桩腿在x方向上的坐标值，yi为第i个桩腿在y方向上的坐标值；步骤三、采用双闭环控制系统，其中：内环控制为压力控制，各压力传感器分别将相应的顶升油缸的压力信号通过第一信号传输装置分别传递给计算机，计算机将压力设定值与各个压力反馈值比较，然后输出调节控制信号给各个比例压力阀以控制各顶升油缸中的压力，使得移位过程中顶升油缸的压力与压力设定值保持一致；外环控制为位移控制：在任意选取的一个顶升油缸的缸筒上安装一个拉线式位移传感器，拉线式位移传感器的拉线端与所顶升的石油模块桩腿相连接，将顶升油缸活塞的位移信号通过第二信号传输装置传递给计算机，所述的计算机将步骤二中位移设定值与各个位移信号反馈值比较，然后输出调节控制信号给比例方向阀，使得各个液压缸的活塞开始伸缩，从而完成对支撑桩腿的高度调节，保证石油模块不发生倾斜。本专利技术方法有效的实现了石油模块移位过程中受力主动控制。采用双闭环控制系统，一方面控制液压缸中的压力，从而保证移位过程中桩腿的受力保持不变。另一方面保证了石油模块位姿，避免因桩腿出现位移量，使得石油模块产生结构内力。该方法具有很重要的工程背景和应有价值。附图说明图1为现有的石油模块移位结构示意图；图2为空间坐标系示意图；图3单桩腿中顶升液压示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述。本专利技术的一种石油模块移位过程中受力主动控制方法，包括以下步骤：步骤一、将称重环节中各个顶升油缸6(分别为第一液压缸6-1、第二液压缸6-2、第三液压缸6-3、第四液压缸6-4)压力稳定后的压力值(称重环节中的压力值是顶升油缸中压力稳定后所确定的。压力值是定值的，这样可以根据压力值计算重量。)作为移位过程中各个顶升油缸6的压力设定值；如图3所示为单桩腿中顶升液压示意图，每个顶升油缸的无杆腔分别通过结构相同的第一油路与第一分流集流阀17-1的分流阀口连通，从分流集流阀17-1至顶升油缸的无杆腔方向，在所述的第一油路上依次连接有比例压力阀18-1(18-2、18-3、18-4)、液控单向阀19-1(19-2、19-3、19-4)和压力传感器20-1(20-2、20-3、20-4)，第二油路一端连接油箱12并且另一端依次连接液压泵14、比例方向阀16以及所述的分流集流阀17-1的集流阀口，溢流阀15的进口通过侧管与比例方向阀16以及液压泵14之间的第二油路连通并且出口通过回流管路与油箱12连通，所述的每个顶升油缸的有杆腔分别通过出油管路与第二分流集流阀17-1的分流阀口连通，所述的第二分流集流阀17-1的集流阀口通过第三油路与比例方向阀16连接；电机13带动液压泵14从油箱12中为系统供油，溢流阀15来保护整个系统的压力，液压油经比例方向阀后通过第一分流集流阀17-1流向各个顶升油缸。比例压力阀可以调节流向顶升油缸的压力，液控单向阀用来防止液压油回流，压力传感器用来检测顶升油缸的压力。步骤二、以石油模块11的四个桩腿8为矩形的四个顶点，以矩形的中心为坐标原点，以移位方向为x轴，利用右手定则建立空间坐标系如图2所示。将双轴倾斜传感器10水平安装于石油模块甲板片9上，利用双轴倾斜传感器获取石油模块在x、y两个方向的倾斜角，其中α为石油模块绕x轴的倾斜角，β为石油模块绕y轴的倾斜角。根据机器人运动学得到坐标系变换矩阵，推导各个桩腿沿z方向的变化量，并将推导的桩腿位移变化量的相反值作为位移设定值。Δzi＝αyi-βxi(i＝1，2，3，4)式中，Δzi为第i个桩腿沿z方向的变化量，xi为第i个桩腿在x方向上的坐标值，yi为第i个桩腿在y方向上的坐标值。下面对石油模块位姿变化后各个桩腿沿z方向的变化量推导加以说明。若动坐标系相对初始坐标系先绕x轴旋转α后绕y轴旋转β，坐标系转换矩阵T1为：同理若动坐标系相对初始坐标系先绕y轴旋转β后绕x轴旋转α，坐标系转换矩阵T2为：由于石油模块位姿倾角很小，故sinα＝α,sinβ＝β,sinα×sinβ＝0,cosα＝cosβ＝1，代入公式1-1、1-2得：故无论平台先绕x轴,还是先绕y轴旋转，在倾斜角度很小的情况下变换矩阵相同。设第i个桩腿在初始坐标系中坐标为(xiyizi)，经变换后坐标为如公式1-4所示。将公式1-5进行简单的处理，即可得到倾斜后每个桩腿在z方向上的变化量如公式1-6所示。步骤三、采用双闭环控制系统，其中：内环控制为压力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石油模块移位过程中受力主动控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、将称重环节中各个顶升油缸压力稳定后的压力值作为移位过程中各个顶升油缸的压力设定值；每个顶升油缸的无杆腔分别通过结构相同的第一油路与第一分流集流阀的分流阀口连通，从分流集流阀至顶升油缸的无杆腔方向，在所述的第一油路上依次连接有比例压力阀、液控单向阀和压力传感器，第二油路一端连接油箱并且另一端依次连接液压泵、比例方向阀以及所述的分流集流阀的集流阀口，溢流阀的进口通过侧管与比例方向阀以及液压泵之间的第二油路连通并且出口通过回流管路与油箱连通，所述的每个顶升油缸的有杆腔分别通过出油管路与第二分流集流阀的分流阀口连通，所述的第二分流集流阀的集流阀口通过第三油路与比例方向阀连接；步骤二、以石油模块的四个桩腿为矩形的四个顶点，以矩形的中心为坐标原点，以移位方向为x轴，利用右手定则建立空间坐标系，将双轴倾斜传感器水平安装于石油模块甲板片上，利用双轴倾斜传感器获取石油模块在x、y两个方向的倾斜角，其中α为石油模块绕x轴的倾斜角，β为石油模块绕y轴的倾斜角，根据机器人运动学得到坐标系变换矩阵，推导各个桩腿沿z方向的变化量，并将推导的桩腿位移变化量的相反值作为位移设定值：Δzi＝αyi‑βxi(i＝1，2，3，4)式中，Δzi为第i个桩腿沿z方向的变化量，xi为第i个桩腿在x方向上的坐标值，yi为第i个桩腿在y方向上的坐标值；步骤三、采用双闭环控制系统，其中：内环控制为压力控制，各压力传感器分别将相应的顶升油缸的压力信号通过第一信号传输装置分别传递给计算机，计算机将压力设定值与各个压力反馈值比较，然后输出调节控制信号给各个比例压力阀以控制各顶升油缸中的压力，使得移位过程中顶升油缸的压力与压力设定值保持一致；外环控制为位移控制：在任意选取的一个顶升油缸的缸筒上安装一个拉线式位移传感器，拉线式位移传感器的拉线端与所顶升的石油模块桩腿相连接，将顶升油缸活塞的位移信号通过第二信号传输装置传递给计算机，所述的计算机将步骤二中位移设定值与各个位移信号反馈值比较，然后输出调节控制信号给比例方向阀，使得各个液压缸的活塞开始伸缩，从而完成对支撑桩腿的高度调节，保证石油模块不发生倾斜。...

【技术特征摘要】
1.一种石油模块移位过程中受力主动控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、将称重环节中各个顶升油缸压力稳定后的压力值作为移位过程中各个顶升油缸的压力设定值；每个顶升油缸的无杆腔分别通过结构相同的第一油路与第一分流集流阀的分流阀口连通，从分流集流阀至顶升油缸的无杆腔方向，在所述的第一油路上依次连接有比例压力阀、液控单向阀和压力传感器，第二油路一端连接油箱并且另一端依次连接液压泵、比例方向阀以及所述的分流集流阀的集流阀口，溢流阀的进口通过侧管与比例方向阀以及液压泵之间的第二油路连通并且出口通过回流管路与油箱连通，所述的每个顶升油缸的有杆腔分别通过出油管路与第二分流集流阀的分流阀口连通，所述的第二分流集流阀的集流阀口通过第三油路与比例方向阀连接；步骤二、以石油模块的四个桩腿为矩形的四个顶点，以矩形的中心为坐标原点，以移位方向为x轴，利用右手定则建立空间坐标系，将双轴倾斜传感器水平安装于石油模块甲板片上，利用双轴倾斜传感器获取石油模块在x、y两个方向的倾斜角，其中α为石油模块绕x轴的倾斜角，β为石油模块绕y轴的倾斜角...

【专利技术属性】
技术研发人员：李银龙，章青，张茂，吴云龙，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12