一种水下作业平台压载水舱进排水控制系统及控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种水下作业平台压载水舱进排水控制系统，用于控制压载水舱的自动进排水，压载水舱由多个对称分布的子水舱构成，每个子水舱底部安装有一个该通海阀、其舱内布置有至少一个高压气阀、其顶部安装有若干透气阀、压载水舱艏艉的侧壁上还对称安装有深度计，还包括安装在控制舱中驱动阀箱，驱动阀箱与高压气阀、通海阀以及透气阀分别通过信号线连接，在控制舱中还安装有进排水PLC控制器，其对驱动阀箱发出指令，使驱动阀箱控制高压气阀、通海阀以及透气阀以实现压载水舱进排水。本发明还公开了基于状态反馈的多变量模糊解耦控制方法实现对压载水舱进排水的自动控制。本发明系统自动化程度高，控制准确，操作方便，可靠性高。
【专利说明】一种水下作业平台压载水舱进排水控制系统及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于海洋开发及水下控制【技术领域】，更具体地，涉及一种水下作业平台压 载水舱进排水控制系统及控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着人类对于海洋的开发利用日益增多，海洋特种船舶、海洋平台也正向着大型 化及多功能化方向发展，同时，对海洋平台搭建过程中的快速性以及稳定性的要求越来越 高。作为海洋特种船舶的半潜船、浮船坞及大型海洋平台等都是通过压载水控制技术来实 现船舶浮性的调节，如何实现快速、平稳的对压载水舱进排水是海洋平台及特种船舶发展 应用的关键。
[0003] 目前，常用的船舶压载水舱进排水过程是通过压载水泵来实现进水、排水操作，通 过在进水口安装流量计来获得进水量，并通过舱内液位计得到各压载水舱内的水量，通过 调整各压载水舱之间的支管阀开度，实现压载水舱之间的调水过程，达到调整船舶姿态的 目的。
[0004] 虽然以上压载水舱进排水系统能够实现对压载水舱进水和排水过程的控制，从而 调整水下作业平台的姿态，但压载水舱内液位震荡对液位计影响较大，常常会造成液位计 误差而不能准确计量进排水的水量，并且该控制系统主要为手动控制调节，自动化程度低， 操作和控制均不方便，且控制精度低。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种水下作业平台压载水舱 进排水控制系统及控制方法，其目的在于提供一种自动控制系统以对压载水舱的进排水过 程进行控制，并采集水下作业平台的姿态信息，根据其姿态信息采用多变量模糊解耦控制 方法，自动调节和控制压载水舱进排水量，从而达到控制水下作业平台姿态的目的，由此解 决目前压载水舱进排水自动化程度低且不精确的技术问题。
[0006] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种水下作业平台压载水舱进 排水控制系统，用于控制压载水舱的自动进排水，其压载水舱由多个对称分布的子水舱构 成，其特征在于，还包括
[0007] 通海阀，每个子水舱底部安装有一个该通海阀，所述通海阀用于控制所述子水舱 底部进水口开闭，作为所述子水舱进水时海水的进入通道和所述子水舱排水时海水的排出 通道；
[0008] 高压气阀，每个子水舱内布置有至少一个该高压气阀，所述高压气阀连接安装在 子水舱舱室内的高压气瓶，以用于向所述子水舱舱室内输送高压气以迫使舱室内的海水排 出；
[0009] 透气阀，每个子水舱的顶部安装有若干该透气阀，所述透气阀在所述子水舱进水 时开启及排水时关闭，以用于所述子水舱通过所述通海阀进水时舱室内气体的排出以及防 止排水时舱室内高压气的逸出；
[0010] 深度计，该深度计具有多个，对称安装在所述压载水舱艏艉的侧壁上，以用于从对 称的多个位置上分别测量压载水舱所处深度；
[0011] 驱动阀箱，该驱动阀箱安装在控制舱中，其与所述高压气阀、通海阀以及透气阀分 别通过信号线连接；
[0012] 进排水PLC控制器，该进排水PLC控制器安装在控制舱中，其分别与所述驱动阀箱 和所述多个深度计通过信号线连接；
[0013] 所述进排水PLC控制器用于接收所述深度计测量结果，并对所述多个深度计的测 量结果进行解算和判断，根据所述判断结果对所述驱动阀箱发出指令，使所述驱动阀箱控 制所述高压气阀、通海阀以及透气阀以实现排水，或者驱动透气阀和通海阀以实现进水，即 控制压载水舱自动进排水。
[0014] 进一步的，根据所述子水舱舱容的不同给每个子水舱布置不同数量的透气阀，子 水舱透气阀的数量随着舱容的增大而增多，具体的：
[0015] 当子水舱舱容为0?IOOm3时，其透气阀数量为1个；
[0016] 当子水舱舱容为100?250m3时，其透气阀数量为2个；
[0017] 当子水舱舱容为250?400m3时，其透气阀数量为3个；
[0018] 当子水舱舱容大于400m3时，其透气阀数量相应增加。
[0019] 进一步的，所述多个子水舱的透气阀形成对称分布，且所述多个子水舱的高压气 阀和多个子水舱的通海阀均各自形成对称分布。
[0020] 进一步的，所述深度计安装在所述压载水舱艏艉的侧壁的凹槽内，以防止其突出 侧壁外。
[0021] 按照本发明的另一方面，还提供一种水下作业平台压载水舱进排水控制方法，用 于对如上所述的系统进行控制，实现对压载水舱进排水的自动控制，采用基于状态反馈的 多变量模糊解耦控制方法，所述反馈状态为水下作业平台的实时状态，所述多变量包括表 征水下作业平台的横倾角、纵倾角和深度一共三个变量，采用所述三个变量表征平台的状 态，其包括如下步骤：
[0022] Sl :进排水PLC控制器采集所述变量的信息，其中，控制器用于实现算法和进行逻 辑判断；
[0023] S2 :控制算法中包括的解耦补偿器对所述变量进行解耦补偿，分别得到横倾角及 倾角变化率、纵倾角和倾角变化率以及深度及深度变化率；
[0024] S3 :进排水PLC控制器对经步骤S2中得到的所述横倾角及倾角变化率、纵倾角即 倾角变化率以及深度及深度变化率进行模糊化处理，其中，将所述横倾角及倾角变化率模 糊化处理后输送至第一模糊控制器处理，将所述纵倾角及其倾角变化率模糊化处理后输送 至第二模糊控制器处理，将所述深度及深度变化率模糊化处理后输送至第三模糊控制器处 理；
[0025] S4 :将经步骤S3中所述第一模糊控制器、第二模糊控制器以及第三模糊控制器处 理后的结果同时进行解模糊化处理，将所述解模糊化处理结果输送至驱动阀箱，使驱动阀 箱分别驱动与其相连的透气阀或/和高压气阀或/和通海阀，以实现对压载水舱进排水的 自动控制。
[0026] 进一步的，所述控制变量具有不同的优先级，所述深度变量的优先级大于所述横 倾角变量优先级，所述横倾角变量优先级大于所述纵倾角变量优先级。
[0027] 进一步的，所述横倾角为：
【权利要求】
1. 一种水下作业平台压载水舱进排水控制系统，用于控制压载水舱的自动进排水，其 压载水舱由多个对称分布的子水舱构成，其特征在于，还包括 通海阀（104)，每个子水舱底部安装有一个该通海阀（104)，所述通海阀用于控制所述 子水舱底部进水口开闭，作为所述子水舱进水时海水的进入通道和所述子水舱排水时海水 的排出通道； 高压气阀（103)，每个子水舱内布置有至少一个该高压气阀（103)，所述高压气阀连接 安装在子水舱舱室内的高压气瓶，以用于向所述子水舱舱室内输送高压气以迫使舱室内的 海水排出； 透气阀（102)，每个子水舱的顶部安装有若干该透气阀（102)，所述透气阀（102)在所 述子水舱进水时开启及排水时关闭，以用于所述子水舱通过所述通海阀（104)进水时舱室 内气体排出以及防止排水时舱室内高压气的逸出； 深度计（107)，该深度计具有多个，对称安装在所述压载水舱艏艉的侧壁上，以用于从 对称的多个位置上分别测量压载水舱所处深度； 驱动阀箱（105)，该驱动阀箱安装在控制舱中，其与所述高压气阀（103)、通海阀（104) 以及透气阀（102)分别通过信号线连接； 进排水PLC控制器（106)，该进排水PLC控制器安装在控制舱中，其分别与所述驱动阀 箱（105)和所述多个深度计通过信号线连接； 所述进排水PLC控制器用于接收所述深度计测量结果，并对所述多个深度计的测量结 果进行解算和判断，根据所述判断结果对所述驱动阀箱发出指令，使所述驱动阀箱控制所 述高压气阀、通海阀以及透气阀以实现排水，或者驱动透气阀和通海阀以实现进水，即控制 压载水舱自动进排水。
2. 如权利要求1所述的一种水下作业平台压载水舱进排水控制系统，其特征在于，根 据所述子水舱舱容的不同给每个子水舱布置不同数量的透气阀（102)，所述子水舱透气阀 的数量随着舱容的增大而增多。
3. 如权利要求1或2所述的一种水下作业平台压载水舱进排水控制系统，其特征在于， 所述多个子水舱的透气阀（102)形成对称分布，且所述多个子水舱的高压气阀（103)和多 个子水舱的通海阀（104)均各自形成对称分布。
4. 如权利要求1-3之一所述的一种水下作业平台压载水舱进排水控制系统，其特征在 于，所述深度计安装在所述压载水舱艏艉的侧壁的凹槽内，以防止其突出侧壁外。
5. -种水下作业平台压载水舱进排水控制方法，用于对如权利要求1-4之一所述的系 统进行控制，实现对压载水舱进排水的自动控制，其特征在于，采用基于状态反馈的多变量 模糊解耦控制方法，所述状态为水下作业平台的实时状态，所述多变量包括表征水下作业 平台的横倾角、纵倾角和深度共三个变量，采用所述三个变量表征平台的状态，其包括如下 步骤： 51 :进排水PLC控制器采集所述变量的信息，其中，控制器用于实现算法和进行逻辑判 断； 52 :控制算法中包括的解耦补偿器对所述变量进行解耦补偿，分别得到横倾角及倾角 变化率、纵倾角和倾角变化率以及深度及深度变化率； 53 :进排水PLC控制器对经步骤S2中得到的所述横倾角及倾角变化率、纵倾角即倾角 变化率以及深度及深度变化率进行模糊化处理，其中，将所述横倾角及倾角变化率模糊化 处理后输送至第一模糊控制器，将所述纵倾角及其倾角变化率模糊化处理后输送至第二模 糊控制器，将所述深度及深度变化率模糊化处理后输送至第三模糊控制器； S4 :将经步骤S3中所述第一模糊控制器、第二模糊控制器以及第三模糊控制器处理后 的结果分别进行解模糊化处理，将所述解模糊化处理结果输送至驱动阀箱，使驱动阀箱分 别驱动与其相连的透气阀或/和高压气阀或/和通海阀，以实现对压载水舱进排水的自动 控制。
6. 如权利要求5所述的一种水下作业平台压载水舱进排水控制方法，其特征在于，所 述控制变量具有不同的优先级，所述深度变量的优先级大于所述横倾角变量优先级，所述 横倾角变量优先级大于所述纵倾角变量优先级。
7. 如权利要求5或6所述的一种水下作业平台压载水舱进排水控制方法，其特征在于， 所述横倾角为：
式中，参数Θ表示水下作业平台横倾角，参数h?~表示水下作业平台对称分布的N个深度计测量的深度，N大于等于2,其中匕、h3. ..Ivh为安装在平台艏部靠近左舷一侧的 各深度计测量深度，hN/2+1，、hN/2+3. . .Iv1为安装在平台艏部靠近右舷一侧的各深度计测量深 度，h2、h4. . .hN/2为安装在平台艉部靠近左舷一侧的各深度计测量深度，hN/2+2、hN/2+4. . .hN为 安装在平台艉部靠近右舷一侧的各深度计测量深度，L表示水下作业平台的型长； 所述纵倾角为：
其中，参数Φ表示水下作业平台纵倾角，参数D表示水下作业平台型宽，参数h?~表 示水下作业平台对称分布的N个深度计测量的深度。
8. 如权利要求5-7之一所述的一种水下作业平台压载水舱进排水控制方法，其特征在 于，所述深度为水下作业平台中心点深度，所述水下作业平台中心点深度由多个对称分布 的深度计测量得到的深度经如下公式计算后得到，其计算公式为：
其中，参数H表示水下作业平台中心点深度，参数h?hN表示水下作业平台对称分布 的N个深度计测量的深度。
【文档编号】G05D9/12GK104238584SQ201410446905
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2014年9月4日
【发明者】徐国华, 金奎 , 陈莺, 刘刚, 徐晗, 祝诗扬 申请人:华中科技大学