[发明专利]全回转起重船压载水动态调拨协同作业控制仿真方法及系统

说明书

本发明公开了一种全回转起重船压载水动态调拨协同作业控制仿真方法及系统，其中方法包括：获取各个压载舱的当前液位信息和压载管路的状态信息；基于船体复原力矩，采用起重船力矩平衡数学模型计算起吊重物作业过程中的船体姿态倾角，采用全回转起重船压载水调拨优化模型计算当前情况下的最优调拨方案并确定各个舱室水位最优变化量并控制阀门的开闭情况，采用吊机实时匹配策略、延时等待策略和阈值控制策略对压载水的调拨和吊机起吊重物回转运动进行协调控制，将起重船压载水产生的平衡力矩抵消吊机回转重物产生的倾覆力矩，在吊机达到目标位置完成作业的同时完成压载水的调拨，控制船体一直处在安全倾斜角度范围内。

技术领域

本发明涉及船舶安全作业技术领域，尤其涉及一种全回转起重船压载水动态调拨协同作业控制仿真方法及系统。

背景技术

随着起重船舶日趋大型化、深海化和自动化，自动压载技术成为迫切需求。目前已有研究主要涉及压载系统设计和压载方案优化等方面。随着起重船大型化，压载系统组成日趋复杂，压载方案制定涉及更多压载舱、压载管路系统、压载泵、船舶吃水监测系统、吊物系统、环境载荷监测系统等子系统。最优压载方案的实施需各子系统协同控制。因此，压载水动态调拨控制策略及仿真系统研究具有重要意义，有助于调拨方案的验证与优化，提高压载方案的作业效率和安全。

目前已有的压载控制策略与仿真技术缺乏外部环境载荷影响的分析，无法实现在复杂作业环境下对压载方案与压载操作实时仿真模拟，无法实现压载方案作业效果的及时评价与调整优化。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种全回转起重船压载水动态调拨协同作业控制仿真方法，具体包括如下步骤：

获取各个压载舱的当前液位信息和压载管路的状态信息；吊重物的重量、回转力臂大小及回转速度和角度信息；当前环境的风速大小、风向、主要波向、平均波周期和平均波高信息；船艏、船艉、左舷和右舷的吃水压力信息；

基于上述获取的信息计算压载系统、吊物系统、周围环境对船体的倾覆力矩，基于船体复原力矩，采用起重船力矩平衡数学模型计算起吊重物作业过程中的船体姿态倾角，利用四角吃水原理获得在船艏、船艉、左舷和右舷处的吃水高度，根据上述吃水高度计算船体姿态倾角；

设定周围环境参数变化阈值，采用全回转起重船压载水调拨优化模型计算当前情况下的最优调拨方案并确定各个舱室水位最优变化量，基于所述各个舱室的最优变化水量确定各个舱室采取进水动作或排水动作，从而控制阀门的开闭情况，并计算压载系统作业时间包括各个舱室水位变化时间、阀门相应动作时间以及压载水管路流动时间；当周围环境参数大于参数变化阈值时，则采用全回转起重船压载水调拨优化模型重新计算最优调拨方案并再次控制阀门的开闭；

采用吊机实时匹配策略、延时等待策略和阈值控制策略对压载水的调拨和吊机起吊重物回转运动进行协调控制，将起重船压载水产生的平衡力矩抵消吊机回转重物产生的倾覆力矩，在吊机达到目标位置完成作业的同时完成压载水的调拨，控制船体一直处在安全倾斜角度范围内。

对全回转起重船压载水调拨方案进行控制时对各个舱室的液位变化、阀门和泵的开闭状态、吊机启停转速以及船体姿态进行实时监控，采用数值和动态图像显示形式进行状态显示，并实时展示起重船吊装过程中吊机运行状态和压载水调拨状态，当出现船体倾角大于安全阈值时发出预警信号并强制停止压载系统和吊物系统工作并转人工操作、同时生成报警记录报表，当船体倾角一直小于安全阈值时，则压载系统和吊物系统运行直至作业完成并生成本次作业数据报表、船体位姿变化曲线图。