用于控制浮动船舶的运动补偿导桩器的系统和方法以及船舶技术方案

一种用于控制浮动船舶的运动补偿导桩器的系统，包括：导桩器，用于在将单桩打入海床期间沿单桩的纵向方向对单桩进行导向；致动器，用于在相对于安装有导桩器的船舶的水平方向上移动导桩器；控制单元，用于控制致动器，该控制单元配置为补偿安装有导桩器的船舶的运动，以在将单桩打入海床期间保持导桩器的水平位置；第一传感器，用于确定在将单桩打入海床期间单桩相对于竖直方向的倾斜角；以及第二传感器，用于确定在将单桩打入海床期间单桩作用在导桩器上的实际力的大小和方向。控制单元配置为确定导桩器作用在单桩上以在第一传感器确定出倾斜角时用于最小化倾斜角的期望的力，并控制致动器以当期望的力大于实际力时，致动器与实际力的方向相反地移动导桩器，而当实际力大于期望的力时，致动器在与实际力相同的方向上移动导桩器。上移动导桩器。上移动导桩器。

System and method for controlling motion compensated pile guides of floating ships and ships

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制浮动船舶的运动补偿导桩器的系统和方法以及船舶


[0001]本专利技术涉及一种用于控制浮动船舶的运动补偿导桩器的系统，包括导桩器，该导桩器用于在将单桩打入海床期间用于沿单桩的纵向方向对单桩进行导向；致动器，该致动器用于在相对于安装有导桩器的船舶的水平方向上移动导桩器；控制单元，用于控制致动器，该控制单元配置为补偿安装有导桩器的船舶的运动，以在将单桩打入海床期间维持导桩器的水平位置。

技术介绍

[0002]这种系统在本领域中被称为波浪引起的运动补偿桩夹持器。现有系统使用基于桩倾斜和船舶移动的连续测量的位置控制。已知系统的致动器包括成组的液压缸，用于相对于安装有导桩器或夹持器的船舶移动导桩器或夹持器。这允许夹持器补偿在波动和摇摆方向上干扰船舶运动。申请人已经发现，将单桩打入海床期间，当单桩穿透深度增加时，已知系统的控制单元是不够的。在穿透过程的进程期间，在倾斜角大于零的情况下，可能会在夹持器上施加相对较大的力，该倾斜可能是由波浪和水流力、不规则的土壤结构和组合了实心单桩在土壤中的条件的位置控制不准确引起的。当夹持器位置发生位移以减小倾斜角时，例如由于超出其操作范围或由于夹持器的过大力而船舶推出范围之外，用于运动补偿的现有的控制可能会受到干扰。已知系统的控制单元不够的另一个原因在于，在将单桩打入海床期间，当单桩穿透深度增加时，单桩在地面中的“铰链”将固定，即，将更难以校正单桩的方位。由于用于运动补偿控制的不准确性，加上在海床单桩的铰链效应降低，单桩与夹持器之间的力可能增大到不可接受的水平。

技术实现思路
/>[0003]本专利技术旨在提供一种改进的系统。
[0004]为此，根据本专利技术的系统设置有第一传感器和第二传感器，该第一传感器用于确定在将单桩打入海床期间单桩相对于竖直的倾斜角，该第二传感器用于确定在将单桩打入海床期间单桩在导桩器上的实际力的大小和方向，其中，控制单元配置为当倾斜角由第一传感器确定时，确定导桩器作用在单桩上用于最小化倾斜角的期望的力，并且当期望的力大于实际力时，控制致动器以与实际力的方向相反地移动导桩器，而当实际力大于期望的力时，控制致动器以在与实际力相同的方向上移动导桩器。
[0005]本专利技术的优点在于，控制单元的配置仅在某些条件下导致导桩器的位移与实际力的方向相反。这将作用在导桩器上的力保持在可接受的限制内，从而防止运动控制超出其操作范围。
[0006]用于补偿船舶的运动的控制单元的操作可以表示为运动控制部分，并且通过确定期望的力来控制致动器的运动控制部分的操作可以表示为力控制部分。根据本专利技术的运动控制部分和力控制部分的同时操作可以表示为混合控制技术。当单桩在打桩期间保持在竖直方位时，运动控制部分在没有力控制部分的情况下起作用。一旦单桩倾向于倾斜，例如由
于在穿透海床期间土壤结构的变化，力控制部分也将起作用。另一方面，如果船舶在完全静止的情况下不移动，则只有在单桩倾斜的情况下，力控制部分才可能起作用。然而，在实践中，大多数时候运动控制部分和力控制部分会同时起作用。
[0007]控制单元可以配置为使得当期望的力超过预先确定的力水平时，期望的力被设置在预先确定的力水平处，以避免在操作条件下对补偿船舶的运动的运动控制的干扰。因此，期望的力处于低于或等于预先确定的力水平。在实践中，预先确定的力水平可以是固定的水平，而期望的力的大小根据实际条件(例如，倾斜角和海床的土壤结构)而变化。
[0008]预先确定的力水平可以与安装有导桩器的船舶的推进器的最大功率成比例。这可以防止船舶在操作条件下被推离单桩。
[0009]船舶的推进器的能力可能小于导桩器的力能力。在短时期内(“爆发”)，该力能力可用于将单桩从其倾斜方位推回其竖直方位。由于力控制对运动控制部分更友好，因此力控制可能对船舶的可加工性设置限制。
[0010]在实际的实施例中，致动器包括成组的液压缸，该成组的液压缸是由控制单元可控制的。
[0011]第二传感器可以包括压力传感器，用于测量液压缸中的压力。可替代地，实际力可以借助于导桩器处的一个或更多个负载销来测量。
[0012]期望的力可以通过以下方式来确定：控制致动器从单桩的倾斜方位朝向竖直方位的方向上移动导桩器，并确定与倾斜角的减小相关的实际力的增加率。例如，这可以借助于PID控制器来执行。
[0013]可替代地，期望的力可以基于单桩被打入的海床的土壤结构与导桩器的所需的力之间的关系来确定，该导桩器的所需的力作用在单桩上，用于将单桩从其倾斜方位朝向竖直方位移动。这可以是基于模型的计算，在该计算中，该关系在打桩期间得到确定。
[0014]控制单元可以设置算法，用于补偿安装有导桩器的船舶的运动，该算法使用期望的力作为输入，以便预测将要施加在导桩器上的力。
[0015]该系统可以设置锤子，用于将单桩打入海床，其中，第一传感器设置在该锤子处。
[0016]在实际的实施例中，第一传感器是倾斜传感器，第二传感器是负载传感器。
[0017]本专利技术还涉及一种方法，用于在将单桩打入海床期间控制浮动船舶的运动补偿导桩器，其中，单桩在其纵向方向上由导桩器导向，并且导桩器在水平方向上移动，以补偿安装有导桩器的船舶的运动，其中，在将单桩打入海床期间，确定单桩相对于竖直方向的倾斜角以及单桩作用在导桩器上的实际力的大小和方向，其中，确定导桩器作用在单桩上用于最小化检测到的倾斜角的期望的力，并且其中，当期望的力大于实际力时，在与实际力的方向相反地移动导桩器，而当实际力大于期望的力时，在与实际力相同的方向上移动导桩器。
[0018]当期望的力超过预先确定的力水平时，可以将期望的力设置在预先确定的力水平处，以避免运动位置控制的干扰。
[0019]期望的力可以通过以下方式来确定：在从单桩的倾斜方位朝向竖直方位的方向上移动导桩器，并确定与倾斜角的减小相关的实际力的增加率。
[0020]可替代地，期望的力可以基于单桩被打入的海床的土壤结构与导桩器所需的力之间的关系来确定，该导桩器所需的力作用在单桩上，用于将单桩从其倾斜方位朝向竖直方位移动。
[0021]本专利技术还涉及包括如上文所限定的系统的船舶。上述运动控制部分和力控制部分可以在船舶中的不同子模块中实现。
附图说明
[0022]在下文中将参照示意图来阐明本专利技术，这些示意图以示例方式示出本专利技术的实施例。
[0023]图1是根据本专利技术的船舶的立体图，包括用于控制运动补偿导桩器的系统的实施例。
[0024]图2是图1中示出的船舶的一部分的放大立体图。
[0025]图3是安装到图1的船舶上的运动补偿导桩器的俯视图。
[0026]图4是示出用于控制图3的运动补偿导桩器的系统的实施例的图。
具体实施方式
[0027]图1示出了一种浮动安装船舶1，用于在海床S中安装单桩2。安装船舶1设置有用于提升单桩2的起重机3。图1至图3示出了运动补偿导桩器4，用于在将单桩2打入海床S期间在单桩2的纵向方向上对单桩2进行导向。导桩器4安装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于控制浮动船舶(1)的运动补偿导桩器(4)的系统，包括：导桩器(4)，用于在将单桩(2)打入海床(S)期间在单桩(2)的纵向方向上对所述单桩(2)进行导向，致动器(5)，用于在相对于安装有所述导桩器(4)的船舶(1)的水平方向上移动所述导桩器(4)，控制单元(7)，用于控制所述致动器(5)，所述控制单元(7)配置为补偿安装有所述导桩器(4)的船舶(1)的运动，以在将所述单桩(2)打入海床(S)期间保持所述导桩器(4)的水平位置，第一传感器(8)，用于确定在将所述单桩(2)打入海床(S)期间所述单桩(2)相对于竖直方向的倾斜角，第二传感器(9)，用于确定在将所述单桩(2)打入海床(S)期间所述单桩(2)作用在所述导桩器(4)上的实际力的大小和方向，其中，所述控制单元(7)配置为：当所述倾斜角由第一传感器(8)确定时，确定所述导桩器(4)作用在所述单桩(2)上用于最小化所述倾斜角的期望的力，并且当所述期望的力大于所述实际力时，控制所述致动器(5)以与所述实际力的方向相反地移动所述导桩器(4)，而当所述实际力大于所述期望的力时，控制所述致动器(5)以在与所述实际力相同的方向上移动所述导桩器(4)。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制单元(7)配置为使得当所述期望的力超过预先确定的力水平时，所述期望的力被设置在所述预先确定的力水平处。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述预先确定的力水平与安装有所述导桩器(4)的船舶(1)的推进器(10)的最大功率成比例。4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述致动器包括成组的液压缸(5)，所述成组的液压缸(5)是所述控制单元(7)可控制的。5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述第二传感器包括压力传感器(9)，用于测量所述液压缸(5)中的压力。6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述期望的力通过以下方式来确定：控制所述致动器(5)从所述单桩(2)的倾斜方位朝向竖直方位的方向上移动所述导桩器(4)，并确定与所述倾斜角的减小相关的所述实际力的增加率。7.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的系统，其中，所述期望的力基于所述单桩(2)被打入的海床(S)的土壤结构与所述导桩器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：IHC荷兰IE有限公司，
类型：发明
国别省市：