[发明专利]非规则波浪的主动补偿控制方法

说明书

本发明提供了一种非规则波浪的主动补偿控制方法，基于FLUENT平台通过造价低廉、测量精确的数值造波技术和CFD技术获得船舶在非规则波中所需补偿的速度，且采用性能稳定、灵活多变的主动补偿策略和PID控制。控制方法包括：基于CFD方法，在FLUENT平台采用推板造波的方法模拟数值水池中的非规则波浪；结合动网格技术，仿真船舶在所述非规则波浪中的三维动网格，得到船舶垂荡速度数据；建立主动波浪补偿控制系统模型；基于SIMULINK平台对波浪补偿控制系统进行建模与仿真分析。本发明获得的控制模型解决了船舶受海面海浪扰动而影响正常工作的问题，提高补偿精度，降低研究成本。

技术领域

本发明涉及海工装备波浪补偿技术领域，尤其涉及一种非规则波浪的主动补偿控制方法。

背景技术

在进行深海作业时，船舶必然会受到海面海浪的扰动，作业船体会上下起伏及左右摇摆。实施深海采矿、铺设海底电缆和管道等工作的作业船一旦在波浪运动的作用下会发生较大幅度的摇摆晃动，会直接影响到海底作业的进行。加以舱面建筑物对甲板附近的气流产生强烈的干扰，形成涡流等强烈的紊流流动，这给海上作业带来了许多的不便和风险。因此，为保证船舶间货物补给、舰载直升机起降、码头装卸、救生艇收放等工作顺利进行，波浪补偿技术在海洋工程领域有着迫切的需求。

在研究波浪补偿系统中，准确的获取船舶运动速度(或位移)是提高补偿精度的重要环节，目前常用的试验方法是利用正弦曲线代替海浪，由加速度计和陀螺仪组成的惯性导航系统结合谱分析来获取船舶的运动信息，但其测量误差大，与实际海浪下的船舶运动相差较大。而物理造波是通过在波浪水池中使用造波机造出与海洋工程实际环境相匹配的波浪场，保证模型试验结果的准确性和可靠性，但造价成本高，不易于改造。数值造波是一种基于计算机的流体力学仿真模拟程序，能够在有界区域内实时模拟重力作用下的自由表面运动，逼真的模拟物理造波机所造出的各种波长。相比于物理造波的方法，具有造价低廉、使用方便、易于改造、测量精确等优势。本发明从数值模拟角度出发，依托CFD方法，借助于FLUENT平台，采用推板造波的方法模拟数值水池中的非规则水浪，以达到与实际环境相匹配。再结合动网格技术仿真船舶在所述非规则水浪中的运动，从介观上得到船舶垂荡数据。

对于传统的被动补偿，补偿精度和灵敏度低，具有一定滞后性，常适用于补偿精度要求较低的情况。主动式波浪补偿系统能适应多种海况，补偿精度大幅提高，性能稳定，作业安全性高，还可以根据实际情况选择合适的控制策略，灵活多变，达到较好的补偿效果。因此，本发明根据介观理论和宏观的主动波浪补偿控制来提高补偿精度。

发明内容

由于在研究波浪补偿控制中，实际测量波浪是很困难的，使用正弦曲线代替波浪获取船舶运动速度的试验方法测量误差大，与实际海浪下的船舶运动相差较大，而物理造波机使用繁琐、难以改造。本发明的目的在于解决上述波浪补偿系统存在的问题。

本发明的目的在于，提供一种在介观上依托CFD仿真技术，采用数值推板造波，获取船舶在非规则波中的垂荡数据，在宏观上对此主动补偿的方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

步骤S1、基于CFD技术模拟获取非规则波浪垂荡的数据。

所述步骤S1进一步包含以下步骤：