用于海上平台升沉补偿的控制方法及其张紧器装置

1.本技术涉及液压系统仿真技术领域，具体地涉及一种用于海上平台升沉补偿的控制方法及其张紧器装置。

背景技术：

2.基于当今成熟的液压仿真技术及利用完善的仿真软件，通过对液压系统进行仿真，有利于预先了解液压系统的性能，通过优化设计参数，液压系统的设计变得更为合理方便，缩短了液压系统设计开发周期，降低开发成本。
3.在近海石油和天然气行业中，诸如用于钻探和/或生产的张力腿平台(tlp)等的浮动船舶很普遍。tlp是一种用于在相对较深的水域中进行钻探和生产的平台。受限于浮托安装的恶劣海洋环境，搭建升沉补偿装置，通过主动控制张紧器，解决海浪对浮动平台影响过大的问题，针对该装置液压控制系统进行研究，提高主动控制的精度和稳定性。
4.当今我国在海洋资源开发领域仍然受制于其他发达国家，大型浮动平台在深海中受到风、浪、流、潮涌等复杂的环境作用时，对海上作业带来严重影响，对工作人员带来严重安全隐患。被广泛应用于实际作业中的被动式张紧器，性能稳定性略差，张紧滞后，提出一种保证安全高效作业的主动式张紧器方法是非常有必要的。

技术实现要素：

5.为了克服现有技术的不足，本发明通过计算海浪与浮动平台之间的运动关系，建立完整的带有升沉补偿的顶张式立管张紧器的主动控制模型，使得张紧器抗干扰能力强，张紧控制精度高，使海上浮动平台更加平稳。
6.为实现上述目的，本发明所采用的解决方案为：
7.一种用于海上平台升沉补偿的控制方法，其包括以下步骤：
8.步骤1：给定输入海浪参数，构建海浪运动方程；
9.建立一个以海平面为基准的绝对坐标系，其中，o为海平面上任意一点，o-xy代表海平面，o-z代表与海平面垂直方向；所述的海浪运动方程如下所示：
[0010][0011]
式中：γ(x,z,t)表示海浪运动方程；x表示波浪在x轴上的位移坐标；z表示波浪在z轴上的位移坐标；t表示时间；a表示海浪波高；λ表示海浪波长；θ表示海浪的平均倾角；ω表示海浪的频率；表示海浪作用于浮动平台初始相位角；
[0012]
根据海浪运动方程对时间的偏导数确定出海浪运动速度如下：
[0013][0014]
式中：v表示海浪运动速度；表示海浪运动方程对时间的偏导数；
[0015]
步骤2：分析海上浮动平台运动状态；
[0016]
计算海上浮动平台受海浪作用下横摇角变化曲线以及质心点处垂荡运动曲线，根据平台尺寸参数，计算平台受海浪条件下的运动曲线，最终计算得到平台各个节点处的运动状态；
[0017]
获取步骤1计算得到的海浪运动速度，则浮动平台受海浪作用下垂向受力和纵向力矩的计算方法如下所示：
[0018][0019]
式中：f表示海浪作用力；t表示波浪的理论力矩；v表示海浪运动速度；
[0020]
进一步，海上浮动平台的垂荡运动位移和横摇运动偏移角的获取方法如下所示：
[0021][0022]
式中：m表示浮动平台整体质量；表示垂荡运动位移的二次导数：表示横摇运动偏移角的二次导数；j
θ
表示转动惯量；b表示平台型宽；
[0023]
步骤3：计算升沉补偿装置液压缸连接点位移变化；
[0024]
获取步骤2计算得到的垂荡运动位移和横摇运动偏移角；将升沉补偿装置液压缸与海上浮动平台相连接，采用4个液压缸与上部平台连接，分别确定升沉补偿装置4个液压缸连接点处得位移变化曲线的计算公式如下：
[0025][0026]
式中：z0(t)表示海浪作用下浮动平台与升沉补偿液压缸连接点处的位移变化；l表示纵向两连接点处之间距离；h(t)表示垂荡运动位移：θ(t)表示横摇运动偏移角；
[0027]
步骤4：分析升沉补偿系统运动，计算运动过程中上部平台位姿变化；
[0028]
升沉补偿运动过程中，对浮动平台运动状态及补偿平台运动分析，建立力平衡及力矩平衡方程；整个系统采用质心定理列出等式，建立包括液压缸受力的t1(t)、t2(t)、t3(t)和t4(t)的力平衡方程和力矩平衡方程；为进一步求出升沉补偿运动过程中平台绕x轴和y轴的角加速度，对于浮动平台系统的转动惯量计算采用的计算公式如下所示：
[0029][0030]
式中：m
l
表示海浪作用下浮动平台横摇力矩；i
x
和iy表示浮动平台对x和y轴的转动惯量；b表示平台型宽；l
p
表示平台垂线间长；
[0031]
上部浮动平台与升沉补偿执行液压缸连接点处的位移变化曲线依据下式获得：
[0032][0033]
式中：z1(t)表示上部浮动平台与升沉补偿执行液压缸连接点处的位移变化曲线；l1表示纵向两连接点处之间距离；l2表示横向两连接点处之间距离；θ
x
(t)和θy(t)分别表示
浮动平台横摇方向角度变化和纵摇方向角度变化；
[0034]
步骤5：联立等式计算液压缸的运动，使海上浮动平台保持水平；
[0035]
根据步骤4建立的等式关系联立求解t1(t)、t2(t)、t3(t)和t4(t)，控制液压缸运动，使浮动平台保持水平。
[0036]
可优选的是，所述控制方法具体为：
[0037]
液压系统的电控单元给定输入信号后，电控系统将信号转化为电流大小来控制电液比例方向阀开口大小和方向，进而控制该路液压缸的伸缩；借助位移传感器采集升沉补偿装置执行液压缸伸缩位移反馈给输入端，形成闭环控制，进而对海上平台运动装置进行控制。
[0038]
可优选的是，所述步骤4中的建立包括液压缸受力的t1(t)、t2(t)、t3(t)和t4(t)的力平衡方程和力矩平衡方程具体为：
[0039]
所述的力平衡方程如下所示：
[0040]
∑f＝f
h-(mg+t1(t)+t2(t)+t3(t)+t4(t))＝ma
[0041]
式中：fh表示浮动平台所受浮力和波浪作用下平台所受垂向力在质心处的合力；g表示重力加速度；t1(t)、t2(t)、t3(t)和t4(t)分别表示表示第一、第二、第三和第四液压缸对上部平台的反作用力；a表示合力加速度；
[0042]
所述的力矩平衡方程如下所示：
[0043][0044]
式中：σm
x
(f)和σmy(f)分别表示升沉补偿运动过程中浮动平台所受外力矩分别在x轴和y轴上的投影；ε
x
(t)和εy(t)表示升沉补偿运动过程中浮动平台角加速度在x轴和y轴上的投影。
[0045]
可优选的是，所述步骤5中的控制液压缸运动为：
[0046]
给定平台液压缸动作信号之后，由于液压缸运动过程中反作用力对平台运动影响及系统本身误差存在，上部平台与执行液压缸连接点处位移产生变化；通过联立力方程求解升沉补偿运动过程中执行液压缸对上部平台得反作用力t；与压力传感器初测量值进行比较，使得液压缸减小/增大原有方向上的位移量，达到补偿效果；将得到的反作用力作为升沉补偿运动过程浮动平台运动信号输入；求解出升沉补偿运动过程中浮动平台与升沉补偿装置执行液压缸连接点处的位移变化；将计算得到的浮动平台连接点处的位移变化量作为升沉补偿装置执行液压缸的输入量；计算出升沉补偿上部平台与升沉补偿装置执行液压缸连接点处的位移变化量。
[0047]
本发明的第二方面提供一种用于海上平台升沉补偿的控制方法的张紧器装置，所述张紧器装置与上部平台和下部平台共同组成海上浮动平台；下平台与海面直接接触，通过张紧器装置运动使上平台保持相对水平；
[0048]
所述张紧器装置包括：液压缸、张紧环、氮气瓶和支架；
[0049]
所述液压缸的缸体底部通过连接件与支架相连用于固定液压缸，液压缸一端通过连接件与张紧环相连，张紧环固定在立管上，通过这种连接方式实现液压缸的收缩来张紧立管；所述液压缸的有杆端连接液压油，无杆端连接低压氮气瓶；所述液压缸采用活塞杆受
拉单作用液压缸，液压缸的有杆腔进油张紧，有杆腔连接气液蓄能器；
[0050]
所述张紧器能根据顶部张紧力的大小调整张紧液压缸及连接件的结构型式。
[0051]
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0052]
(1)本发明提出的海上平台升沉补偿的顶张式立管张紧器主动控制方法，通过计算海浪与浮动平台之间的运动关系，建立完整的带有升沉补偿的顶张式立管张紧器的主动控制模型，提升数学模型的准确性和效率，也非常方便的将建立的数学模型组装成标准模块，与其他成熟的液压元件模块组成复杂液压系统模型；
[0053]
(2)本发明提出的海上平台升沉补偿的顶张式立管张紧器主动控制方法，明显增强了张紧器张紧的抗干扰能力，大大提高了张紧器张紧控制精度，提高了性能稳定性，降低了补偿延时性，使海上浮动平台的稳定性大大提高；
[0054]
(3)本发明提出的海上平台升沉补偿的顶张式立管张紧器主动控制方法，使用升沉补偿执行液压缸装置进行反馈补偿，整个平台由4个液压缸来支撑，整个工作模块及平台重量都分配在4个液压缸上面，液压缸活塞缸的行程就是张紧行程，整体结构紧凑，张紧工作控制好；模块化建造能够解决海洋平台建造困难等问题，并减少施工时间。
附图说明
[0055]
图1为本发明实施例用于海上平台的顶张式立管张紧器主动控制框图；
[0056]
图2为本发明实施例建立仿真的模块模型流程图；
[0057]
图3为本发明实施例主动控制式立管张紧器总体结构布局示意图；
[0058]
图4为本发明实施例液压缸整体模型；
[0059]
图5为本发明实施例液压系统原理图；
[0060]
图6为本发明实施例平台运动装置和升沉补偿运动装置总体建模示意图。
[0061]
1、对中装置；2、支架；3、低压氮气瓶；4、蓄能器；5、液压缸；6、张紧环；7、立管；8、液压缸；9、位移传感器；10、可调节流阀；11、油箱；12、液位温度计；13、空气滤清器；14、温度继电器；15、吸油滤油器；16、截止阀；17、橡胶接管；18、轴向柱塞变量泵；19、电动机；20、溢流阀；21、单向阀；22、压力表开关；23、压力表；24、常开截止阀；25、蓄能器；26、伺服阀；27、液压缸；28、位移传感器；29、单向节流阀；30、平衡阀；31、冷却器；32、回油过滤器；33、加热器。
具体实施方式
[0062]
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。本案例通过计算海浪与浮动平台之间的运动关系，建立完整的带有升沉补偿的顶张式立管张紧器的主动控制模型，使得张紧器抗干扰能力强，张紧控制精度高，使海上浮动平台更加平稳。如图1所示为本发明实施例用于海上平台的顶张式立管张紧器主动控制框图；
[0063]
本发明实施例提供了一种用于海上平台的顶张式立管张紧器主动控制方法，为了证明本发明的适用性，将其应用于实例，如图2所示为本发明实施例建立仿真的模块模型流程图，具体包含如下步骤：
[0064]
s1：给定输入海浪参数，构建海浪运动方程；
[0065]
建立一个以海平面为基准的绝对坐标系，其中，o为海平面上任意一点，o-xy代表海平面，o-z代表与海平面垂直方向；海浪参数包括波浪的波高a、波长λ、平均倾角θ、频率ω
和初始相位角海浪运动方程获取方法如下所示：
[0066][0067]
式中：γ(x,z,t)表示海浪运动方程；x表示波浪在x轴上的位移坐标；z表示波浪在z轴上的位移坐标；t表示时间；a表示海浪波高；λ表示海浪波长；θ表示海浪的平均倾角；ω表示海浪的频率；表示海浪作用于浮动平台初始相位角；
[0068]
根据海浪运动方程对时间的偏导数确定出海浪运动速度如下：
[0069][0070]
式中：v表示海浪运动速度；表示海浪运动方程对时间的偏导数。
[0071]
s2：分析海上浮动平台运动状态；
[0072]
计算海上浮动平台受海浪作用下横摇角变化曲线以及质心点处垂荡运动曲线，根据平台尺寸参数，计算平台受海浪条件下的运动曲线，最终计算得到平台各个节点处的运动状态。
[0073]
获取s1计算的得到的海浪运动速度，则浮动平台受海浪作用下垂向受力和纵向力矩的计算方法如下所示：
[0074][0075]
式中：f表示海浪作用力；t表示波浪的理论力矩；v表示海浪运动速度；
[0076]
进一步，海上浮动平台的垂荡运动位移和横摇运动偏移角的获取方法如下所示：
[0077][0078]
式中：m表示浮动平台整体质量；表示垂荡运动位移的二次导数：表示横摇运动偏移角的二次导数；j
θ
表示转动惯量；b表示平台型宽；
[0079]
s3：计算升沉补偿装置液压缸连接点位移变化；
[0080]
获取s2计算得到的垂荡运动位移和横摇运动偏移角；将升沉补偿装置液压缸与海上浮动平台相连接，这里整体结构采用4个液压缸与上部平台连接，分别确定升沉补偿装置4个液压缸连接点处得位移变化曲线的计算公式如下：
[0081][0082]
式中：z0(t)表示海浪作用下浮动平台与升沉补偿液压缸连接点处的位移变化；l表示纵向两连接点处之间距离；
[0083]
s4：分析升沉补偿系统运动，计算运动过程中上部平台位姿变化；
[0084]
升沉补偿运动过程中，对浮动平台运动状态及补偿平台运动分析，建立力平衡及力矩平衡方程；整个系统采用质心定理列出等式，推出力平衡方程如下所示：
[0085]
∑f＝f
h-(mg+t1(t)+t2(t)+t3(t)+t4(t))＝ma
[0086]
式中：fh表示浮动平台所受浮力和波浪作用下平台所受垂向力在质心处的合力；g表示重力加速度；t1(t)、t2(t)、t3(t)和t4(t)，分别表示表示第一、第二、第三和第四液压缸对上部平台的反作用力；a表示合力加速度；
[0087]
力矩平衡方程如下所示：
[0088][0089]
式中：∑m
x
(f)和∑my(f)分别表示升沉补偿运动过程中浮动平台所受外力矩分别在x轴和y轴上的投影；ε
x
(t)和εy(t)表示升沉补偿运动过程中浮动平台角加速度在x轴和y轴上的投影。
[0090]
进一步求出升沉补偿运动过程中平台绕x轴和y轴的角加速度，对于浮动平台系统的转动惯量计算采用的计算公式如下所示：
[0091][0092]
式中：m
l
表示海浪作用下浮动平台横摇力矩；i
x
和iy表示浮动平台对x和y轴的转动惯量；b表示平台型宽；l
p
表示平台垂线间长；
[0093]
综上，上部浮动平台与升沉补偿执行液压缸连接点处的位移变化曲线依据下式获得：
[0094][0095]
式中：z1(t)表示上部浮动平台与升沉补偿执行液压缸连接点处的位移变化曲线；l1表示纵向两连接点处之间距离；l2表示横向两连接点处之间距离；θ
x
(t)和θy(t)分别表示浮动平台横摇方向角度变化和纵摇方向角度变化；
[0096]
s5：联立等式计算液压缸的运动，使海上浮动平台保持水平；
[0097]
根据s4建立的等式关系联立求解t1(t)、t2(t)、t3(t)和t4(t)，控制液压缸运动，使浮动平台保持水平。
[0098]
控制液压缸运动具体为：给定平台液压缸动作信号之后，由于液压缸运动过程中反作用力对平台运动影响及系统本身误差存在，上部平台与执行液压缸连接点处位移产生变化；通过联立力方程求解升沉补偿运动过程中执行液压缸对上部平台得反作用力t；与压力传感器初测量值进行比较，使得液压缸减小/增大原有方向上的位移量，达到补偿效果；将得到的反作用力作为升沉补偿运动过程浮动平台运动信号输入；求解出升沉补偿运动过程中浮动平台与升沉补偿装置执行液压缸连接点处的位移变化；将计算得到的浮动平台连接点处的位移变化量作为升沉补偿装置执行液压缸的输入量；计算出升沉补偿上部平台与升沉补偿装置执行液压缸连接点处的位移变化量。
[0099]
本发明的第二方面提供一种用于海上平台升沉补偿的控制方法的张紧器装置，张紧器装置与上部平台和下部平台共同组成海上浮动平台；下平台与海面直接接触，通过张
紧器装置运动使上平台保持相对水平；如图6为本发明实施例平台运动装置和升沉补偿运动装置总体建模示意图。
[0100]
张紧器装置包括：液压缸、张紧环、氮气瓶和支架。
[0101]
如图3为本发明实施例主动控制式立管张紧器总体结构布局示意图。张紧支架上部与作业平台连接可以使整个张紧液压缸位于平台下部，节省作业平台空间，降低平台重心。张紧器系统液压缸会成对对称使用，由于所需张力及液压缸规格，这里采用4个液压缸，液压缸与立管的夹角应尽量小，减小对液压杆的径向分力，增加使用寿命。为了方便控制，液压缸都安装传感器，实时监控液压缸活塞缸运动位置方向和速度，完整的测量系统能及时反馈张紧系统的工作实况。液压缸缸体底部通过连接件与支架相连固定液压缸，活塞缸一端通过连接件与张紧环相连，张紧环固定在立管上，通过这种连接方式实现液压缸的收缩来张紧立管；液压缸的有杆端连接液压油，无杆端连接低压氮气瓶，氮气的稳定性可以保持液压缸活塞端的持续压力及防止腐蚀；液压缸采用活塞杆受拉单作用液压缸，液压缸的有杆腔进油张紧，有杆腔连接气液蓄能器；张紧环采用摩擦张紧方式连接在立管上，张紧力可以调节，维修方便，立管失效脱离方便。
[0102]
amesim为多学科领域复杂系统仿真平台，根据上述分析结果搭建仿真模型，定义参数，完善仿真结构。在amesim仿真平台中建立仿真标准模块进行联合仿真。如图4所示为本发明实施例液压缸整体模型。
[0103]
根据液压系统设计原则，结合本实例实际情况设计升沉补偿装置液压系统原理图，如图5所示，本系统采用三位四通电液伺服阀作为液压缸的控制阀，通过液压伺服阀的开口大小调节液压缸的伸缩速度，通过换向来调节液压缸的伸缩，从而进一步实现对浮动平台的升沉补偿位移调整。同时采用伺服液压缸作为液压系统驱动杆，并安装位移传感器来记录液压缸的伸缩量，并将采集到的位移信号输入到计算机行程液压缸位移闭环控制，提高伸缩位移控制精度，由于海浪变化的随机性，采用的液压控制系统的响应速度必须敏捷，在主油路上添加蓄能器可以有效克服恒压变量系统反应慢的缺点。
[0104]
张紧器的结构设计与分析，需建立合适的数学模型确定顶部张紧力的大小，设计张紧液压缸及连接件。表1中说明了系统元件信息特点。
[0105]
表1为系统元件信息表
[0106][0107][0108]
利用仿真软件的标准化模块，搭建主动控制式张紧器液压系统模型，包括：液压
缸，位移传感器，连接件和可调节流阀。位移传感器通过连接液压缸，采集液压缸中活塞的位移信号，同时位移传感器将输入的位移信号参数传递给仿真控制模块。仿真控制模块计算各个阶段的输出信号传递给可调节流阀，进行节流。对升沉补偿执行结构各参数进行优化设计。
[0109]
将s5搭建好完整的仿真模型连接到液压系统中，对其几何参数进行参数调试和优化设计。仿真控制模块中具体涉及的参数如表2所示；
[0110]
表2参数设定对照表
[0111][0112]
仿真得出位移曲线，分析此曲线，并不断调整上述参数，以获得最优的补偿反馈效果，对张紧器主动控制的结构进行优化设计。
[0113]
综上，本案例用于海上平台升沉补偿的顶张式立管张紧器主动控制方法的结果证明了具有很好的效果。
[0114]
(1)本技术提出的方法，通过计算海浪与浮动平台之间的运动关系，建立完整的带有升沉补偿的顶张式立管张紧器的主动控制模型，提升数学模型的准确性和效率，也非常方便的将建立的数学模型组装成标准模块，与其他成熟的液压元件模块组成复杂液压系统模型；
[0115]
(2)本实例中列举的数据显示出明显增强了张紧器张紧的抗干扰能力，大大提高了张紧器张紧控制精度，提高了性能稳定性，降低了补偿延时性，使海上浮动平台的稳定性大大提高；
[0116]
(3)本实例中的附图详细说明了装置的结构，使用升沉补偿执行液压缸装置进行反馈补偿，整个平台由4个液压缸来支撑，整个工作模块及平台重量都分配在4个液压缸上面，液压缸活塞缸的行程就是张紧行程，整体结构紧凑，张紧工作易行；模块化建造能够解决海洋平台建造困难等问题，大幅度减少施工时间。
[0117]
以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围
进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：

1.一种用于海上平台升沉补偿的控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤1：给定输入海浪参数，构建海浪运动方程；建立一个以海平面为基准的绝对坐标系，其中，o为海平面上任意一点，o-xy代表海平面，o-z代表与海平面垂直方向；所述的海浪运动方程如下所示：式中：γ(x,z,t)表示海浪运动方程；x表示波浪在x轴上的位移坐标；z表示波浪在z轴上的位移坐标；t表示时间；a表示海浪波高；λ表示海浪波长；θ表示海浪的平均倾角；ω表示海浪的频率；表示海浪作用于浮动平台初始相位角；根据海浪运动方程对时间的偏导数确定出海浪运动速度如下：式中：v表示海浪运动速度；表示海浪运动方程对时间的偏导数；步骤2：分析海上浮动平台运动状态；计算海上浮动平台受海浪作用下横摇角变化曲线以及质心点处垂荡运动曲线，根据平台尺寸参数，计算平台受海浪条件下的运动曲线，最终计算得到平台各个节点处的运动状态；获取步骤1计算得到的海浪运动速度，则浮动平台受海浪作用下垂向受力和纵向力矩的计算方法如下所示：式中：f表示海浪作用力；t表示波浪的理论力矩；v表示海浪运动速度；进一步，海上浮动平台的垂荡运动位移和横摇运动偏移角的获取方法如下所示：式中：m表示浮动平台整体质量；表示垂荡运动位移的二次导数：表示横摇运动偏移角的二次导数；j
θ
表示转动惯量；b表示平台型宽；步骤3：计算升沉补偿装置液压缸连接点位移变化；获取步骤2计算得到的垂荡运动位移和横摇运动偏移角；将升沉补偿装置液压缸与海上浮动平台相连接，采用4个液压缸与上部平台连接，分别确定升沉补偿装置4个液压缸连接点处得位移变化曲线的计算公式如下：式中：z0(t)表示海浪作用下浮动平台与升沉补偿液压缸连接点处的位移变化；l表示纵向两连接点处之间距离；h(t)表示垂荡运动位移：θ(t)表示横摇运动偏移角；步骤4：分析升沉补偿系统运动，计算运动过程中上部平台位姿变化；
升沉补偿运动过程中，对浮动平台运动状态及补偿平台运动分析，建立力平衡及力矩平衡方程；整个系统采用质心定理列出等式，建立包括液压缸受力的t1(t)、t2(t)、t3(t)和t4(t)的力平衡方程和力矩平衡方程；为进一步求出升沉补偿运动过程中平台绕x轴和y轴的角加速度，对于浮动平台系统的转动惯量计算采用的计算公式如下所示：式中：m
l
表示海浪作用下浮动平台横摇力矩；i
x
和i
y
表示浮动平台对x和y轴的转动惯量；b表示平台型宽；l
p
表示平台垂线间长；上部浮动平台与升沉补偿执行液压缸连接点处的位移变化曲线依据下式获得：式中：z1(t)表示上部浮动平台与升沉补偿执行液压缸连接点处的位移变化曲线；l1表示纵向两连接点处之间距离；l2表示横向两连接点处之间距离；θ
x
(t)和θ
y
(t)分别表示浮动平台横摇方向角度变化和纵摇方向角度变化；步骤5：联立等式计算液压缸的运动，使海上浮动平台保持水平；根据步骤4建立的等式关系联立求解t1(t)、t2(t)、t3(t)和t4(t)，控制液压缸运动，使浮动平台保持水平。2.根据权利要求1所述的用于海上平台升沉补偿的控制方法，其特征在于，所述控制方法具体为：液压系统的电控单元给定输入信号后，电控系统将信号转化为电流大小来控制电液比例方向阀开口大小和方向，进而控制该路液压缸的伸缩；借助位移传感器采集升沉补偿装置执行液压缸伸缩位移反馈给输入端，形成闭环控制，进而对海上平台运动装置进行控制。3.根据权利要求1所述的用于海上平台升沉补偿的控制方法，其特征在于，所述步骤4中的建立包括液压缸受力的t1(t)、t2(t)、t3(t)和t4(t)的力平衡方程和力矩平衡方程具体为：所述的力平衡方程如下所示：∑f＝f
h-(mg+t1(t)+t2(t)+t3(t)+t4(t))＝ma式中：f
h
表示浮动平台所受浮力和波浪作用下平台所受垂向力在质心处的合力；g表示重力加速度；t1(t)、t2(t)、t3(t)和t4(t)分别表示表示第一、第二、第三和第四液压缸对上部平台的反作用力；a表示合力加速度；所述的力矩平衡方程如下所示：式中：σm
x
(f)和σm
y
(f)分别表示升沉补偿运动过程中浮动平台所受外力矩分别在x轴和y轴上的投影；ε
x
(t)和ε
y
(t)表示升沉补偿运动过程中浮动平台角加速度在x轴和y轴上的
投影。4.根据权利要求1所述的用于海上平台升沉补偿的控制方法，其特征在于，所述步骤5中的控制液压缸运动为：给定平台液压缸动作信号之后，由于液压缸运动过程中反作用力对平台运动影响及系统本身误差存在，上部平台与执行液压缸连接点处位移产生变化；通过联立力方程求解升沉补偿运动过程中执行液压缸对上部平台得反作用力t；与压力传感器初测量值进行比较，使得液压缸减小/增大原有方向上的位移量，达到补偿效果；将得到的反作用力作为升沉补偿运动过程浮动平台运动信号输入；求解出升沉补偿运动过程中浮动平台与升沉补偿装置执行液压缸连接点处的位移变化；将计算得到的浮动平台连接点处的位移变化量作为升沉补偿装置执行液压缸的输入量；计算出升沉补偿上部平台与升沉补偿装置执行液压缸连接点处的位移变化量。5.一种用于实现权利要求1至4之一所述用于海上平台升沉补偿的控制方法的张紧器装置，其特征在于，所述张紧器装置与上部平台和下部平台共同组成海上浮动平台；下平台与海面直接接触，通过张紧器装置运动使上平台保持相对水平；所述张紧器装置包括：液压缸、张紧环、氮气瓶和支架；所述液压缸的缸体底部通过连接件与支架相连用于固定液压缸，液压缸的第一端通过连接件与张紧环相连，张紧环固定在立管上，从而实现液压缸的收缩来张紧立管；所述液压缸的有杆端连接液压油，所述液压缸的无杆端连接低压氮气瓶；所述液压缸采用活塞杆受拉单作用液压缸，液压缸的有杆腔进油张紧，有杆腔连接气液蓄能器；所述张紧器能根据顶部张紧力的大小调整张紧液压缸及连接件的结构型式。

技术总结

本发明涉及一种用于海上平台升沉补偿的控制方法及其张紧器装置，其包括以下步骤，步骤一：给定输入海浪参数，构建海浪运动方程；步骤二：分析海上浮动平台运动状态；步骤三：计算升沉补偿装置液压缸连接点位移变化；步骤四：分析升沉补偿系统运动，计算运动过程中上部平台位姿变化；步骤五：联立等式计算液压缸的运动，使海上浮动平台保持水平。本发明通过计算海浪与浮动平台之间的运动关系，建立完整的带有升沉补偿的顶张式立管张紧器的主动控制模型，使得张紧器抗干扰能力强，张紧控制精度高，性能稳定，补偿没有延时性，使海上浮动平台更加平稳。加平稳。加平稳。