一种可拼接浮式结构物姿态控制方法与流程

1.本发明涉及海上浮式结构物姿态控制技术领域，尤其是一种可拼接浮式结构物姿态控制方法。


背景技术：

2.随着海洋开发大踏步前进，一系列的海洋浮式结构物被广泛应用于海洋开发进程中。可拼接浮式结构物由多个模块通过连接器连接组合而成，具有小巧灵便的特点，可以根据不同的作业工况和需求，选择单模块运行或多模块组合运行，逐渐成为海洋开发的一种新型结构物型式。
3.由于多个模块在建造时物理独立，没有任何结构件进行固定连接，为了在海上方便拼接与脱离，可以把每个模块的连接端做成齿状，与另外一个模块连接端的齿状啮合在一起，并在齿状结构中设置连接孔，用轴销插入连接孔，完成两个模块的拼接固定。
4.这种拼接方式为铰接结构，属于柔性连接，非刚性连接。两个模块在一定范围内可分别自由运动。由于复杂的海洋环境，浮式结构物会在风浪的作用横倾、升沉或纵倾，当两个以上模块拼接在一起的时候，组合体受风浪的影响更大，相互运动更加剧烈。


技术实现要素：

5.本技术人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种可拼接浮式结构物姿态控制方法，从而可保证拼接结构物在复杂的海洋环境中，自动控制姿态，为船上工作人员提供更为舒适的工作环境。
6.本发明所采用的技术方案如下：
7.一种可拼接浮式结构物姿态控制方法，包括多个模块，相邻两个模块之间通过连接器连接，单个模块的结构为：包括主甲板，主甲板上对称安装有两台拉力绞车，一台布置在右舷艉部角落，另一台布置在左舷艉部角落，单台拉力绞车通过导缆轮、导缆孔将拉力缆引导至平台下方的导缆器组上，并通过导缆器组换向后与海底浇筑的固定桩连接，导缆轮安装在拉力绞车与舷侧之间，固定在主甲板上，承受拉力绞车工作时的拉伸力；单个模块上设置有齿状结构，并在齿状结构的每一块凸出端开设安装连接器的连接孔，齿状结构上分别贴有纵向运动应变片和横向运动应变片；
8.运行过程中：
9.当结构物漂浮在海上工作时，随着波浪起伏而起伏，由于相邻两个模块之间依靠连接器连接，彼此之间具有单独的自由度，随着波浪起伏时间变长，模块运动产生差异，模块之间产生运动差，应变片感应到运动差导致摩擦撞击带来的应变力；
10.根据应变力的集合，综合分析出模块之间的摩擦撞击是否为持久挤压；
11.s1、应变力为恒定作用力，持久挤压；
12.模块在各种力的作用下，形成持久的扭曲挤压状，根据连接处各个位置的应变片获取的应变力，通过控制方程式判定拼接结构物的姿态；
13.结合设计时已经模拟计算出的结构物姿态与综合作用力点集群之间的关系，推导出平台该姿态下，所受到的综合作用力，该作用力也为平台恢复平浮姿态时，所需要的恢复力；
14.同时根据不同姿态下绞车与压载水舱作用组合，逆向推导出平台恢复平浮姿态时所需要的压载水舱的注水情况t，以及各绞车拉力状态l；
15.扭曲的结构物，需要通过下面两个动作，恢复平台平浮姿态，即：
16.a、调节压载水系统，通过压载水系统，向压载水舱中注入压载水，达到注水情况t；
17.b、调整各绞车的拉力，达到拉力状态l；
18.结构物在该种姿态的情况下，通过应变力的反馈，判定是否满足复原控制条件；
19.s2、应变力为瞬时作用力，偶尔挤压：
20.模块在各种力的作用下，形成变动的扭曲姿态，即根据海况变化，在四种基本姿态之间来回变动，此时，根据四种姿态，调整绞车拉力，使得结构物恢复平浮状态。
21.其进一步技术方案在于：
22.单个模板可以独立安装布放在海上，独立运行。
23.导缆孔安装在舷侧，将拉力缆导向导缆器组，承受拉力绞车的拉伸力，并能顺畅的将拉力缆由水平方向换向至竖直方向。
24.导缆器组安装在平台水线，承接拉力缆并将该拉力缆导向与船底固定桩连接。
25.所述纵向运动应变片和横向运动应变片均布在舱壁上。
26.s1中，对四种姿态，复原控制条件分别为：
27.姿态一：
28.当拼接后的结构物漂浮在海面上，受到波浪力作用，连接处下凹，结构物前后翘起，模块分别一号模块和二号模块，一号模块前端齿形块上端应变片p1
…
pn收到挤压，感受应变增加；同时二号模块后端齿形块下端应变片k1
…
kn相互远离，感受应变减少；
29.复原控制条件如下：
[0030][0031]
其中，
[0032]
t是某一时刻，
[0033]
t+1是该时刻的下一时刻，
[0034]
t-1是该时刻的上一时刻；
[0035]
pi是第i个应变片感应到的应变；
[0036]
kj是第j个应变片感应到的应变；
[0037]
姿态二：
[0038]
当拼接后的结构物漂浮在海面上，受到波浪力作用，连接处上翘，结构物前后端下沉；一号模块前端齿形块上端应变片p1
…
pn相互远离，感受应变减少；同时二号模块后端齿形块下端应变片k1
…
kn相互挤压，感受应变增加；
[0039]
复原控制条件如下：
[0040][0041]
其中，
[0042]
t是某一时刻，
[0043]
t+1是该时刻的下一时刻，
[0044]
t-1是该时刻的上一时刻；
[0045]
pi是第i个应变片感应到的应变；
[0046]
kj是第j个应变片感应到的应变；
[0047]
姿态三：
[0048]
当拼接后的结构物漂浮在海面上，受到波浪力作用，连接处向左凸出，结构物前端和后端均向右倾斜；一号模块前端齿形块左边应变片r1
…
rn逐渐远离，感受应变减少；同时二号模块后端齿形块右边应变片s1
…
sn相互挤压，感受应变增加；
[0049]
复原控制条件如下：
[0050][0051]
其中，
[0052]
t是某一时刻，
[0053]
t+1是该时刻的下一时刻，
[0054]
t-1是该时刻的上一时刻；
[0055]ri
是第i个应变片感应到的应变；
[0056]
sj是第j个应变片感应到的应变；
[0057]
姿态四：
[0058]
当拼接后的结构物漂浮在海面上，受到波浪力作用，连接处向右凸出，结构物前端和后端均向左倾斜，一号模块前端齿形块左边应变片r1
…
rn相互挤压，感受应变增加；同时二号模块后端齿形块右边应变片s1
…
sn相互远离，感受应变减少；
[0059]
复原控制条件如下：
[0060][0061]
其中，
[0062]
t是某一时刻，
[0063]
t+1是该时刻的下一时刻，
[0064]
t-1是该时刻的上一时刻；
[0065]
通过上面四种姿态的复原控制条件，根据各应变片的应变力反馈，判断结构物是否恢复平浮姿态；
[0066]
如果没有达到复原控制条件，则进入下一轮的调整循环；
[0067]
如果达到复原控制条件，调整结束，结构物恢复平浮姿态。
[0068]
s2中，四中姿态如下：
[0069]
姿态一：
[0070]
当拼接后的结构物漂浮在海面上，受到波浪力作用，连接处下凹，结构物前后翘起，模块分为一号模块和二号模块，一号模块前端齿形块上端应变片p1
…
pn收到挤压，感受应变增加；同时二号模块后端齿形块下端应变片k1
…
kn相互远离，感受应变减少；
[0071]
控制方程式如下：
[0072][0073]
其中，
[0074]
t是某一时刻，
[0075]
t+1是该时刻的下一时刻，
[0076]
t-1是该时刻的上一时刻；
[0077]
该姿态下，模块连接器区域上部分紧压，下部分分离，同时拼接物前端和后端翘起，整体形成v字构型，该姿态下，一号模块上的拉力绞车工作，收紧拉力缆，使得一号模块后端下沉；如果上述控制方程式依然成立，则二号模块上的拉力绞车工作，收紧拉力缆，使
得二号模块前端下沉；
[0078]
在控制方程式的控制下，四个拉力绞车协同作用下，完成平台的复原工作；
[0079]
平台复原控制条件为：
[0080][0081]
姿态二：
[0082]
当拼接后的结构物漂浮在海面上，受到波浪力作用，连接处上翘，结构物前后端下沉；一号模块前端齿形块上端应变片p1
…
pn相互远离，感受应变减少；同时二号模块后端齿形块下端应变片k1
…
kn相互挤压，感受应变增加，控制方程式如下：
[0083][0084]
其中，
[0085]
t是某一时刻，
[0086]
t+1是该时刻的下一时刻，
[0087]
t-1是该时刻的上一时刻；
[0088]
该姿态下，模块连接器区域上部分分离，下部分挤压，同时拼接物前端和后端下沉，整体形成倒v字构型，该姿态下，一号模块上的拉力绞车工作，松弛拉力缆，使得一号模块后端上浮，如果上述控制方程式依然成立，则二号模块上的拉力绞车工作，松弛拉力缆使得二号模块前端上浮，在控制方程式的控制下，四个拉力绞车协同作用下，完成平台的复原工作；
[0089]
平台复原控制条件为：
[0090][0091]
姿态三：
[0092]
当拼接后的结构物漂浮在海面上，受到波浪力作用，连接处向左凸出，结构物前端和后端均向右倾斜；一号模块(1)前端齿形块左边应变片r1
…
rn逐渐远离，感受应变减少；同时二号模块(2)后端齿形块右边应变片s1
…
sn相互挤压，感受应变增加；
[0093]
控制方程式如下：
[0094][0095]
其中，
[0096]
t是某一时刻，
[0097]
t+1是该时刻的下一时刻，
[0098]
t-1是该时刻的上一时刻；
[0099]
该姿态下，模块连接器区域左侧部分分离、右侧部分挤压，同时拼接物前端和后端向右倾斜，该姿态下，一号模块上的拉力绞车和二号模块上的拉力绞车同时工作，如果上述控制方程式依然成立，则一号模块上的拉力绞车和二号模块上的拉力绞车工作，收紧相应的拉力缆，促使连接器远离区域逐渐靠近，减少挤压区域的应力，在控制方程式的控制下，四个拉力绞车协同作用下，完成平台的复原工作；
[0100]
平台复原控制条件为：
[0101][0102]
姿态四：
[0103]
当拼接后的结构物漂浮在海面上，受到波浪力作用，连接处向右凸出，结构物前端和后端均向左倾斜，一号模块前端齿形块左边应变片r1
…
rn相互挤压，感受应变增加；同时二号模块后端齿形块右边应变片s1
…
sn相互远离，感受应变减少，控制方程式如下：
[0104][0105]
其中，
[0106]
t是某一时刻，
[0107]
t+1是该时刻的下一时刻，
[0108]
t-1是该时刻的上一时刻；
[0109]
该姿态下，模块连接器区域左侧部分挤压、右侧部分分离，同时拼接物前端和后端向左倾斜；该姿态下，一号模块上的拉力绞车工作，松弛拉力缆，释放连接器挤压区域的力量，如果上述控制方程式依然成立，则一号模块上的拉力绞车和二号模块上的拉力绞车工作，收紧相对应的拉力缆，促使连接器远离区域逐渐靠近，减少挤压区域的应力；在控制方程式的控制下，四个拉力绞车协同作用下，完成平台的复原工作；
[0110]
平台复原控制条件为：
[0111][0112]
通过上面四种姿态的复原控制条件，根据各应变片的应变力反馈，判断结构物是否恢复平浮姿态；
[0113]
如果没有达到复原控制条件，则进入下一轮的调整循环；
[0114]
如果达到复原控制条件，调整结束，结构物恢复平浮姿态。
[0115]
本发明的有益效果如下：
[0116]
本发明结构紧凑、合理，操作方便，可以利用原有结构物的锚泊设备调整拼接后结构物的浮态，无需增加额外设备，成本低；全部调整均为动态自主可控过程，减少人为干预，对于大风浪下的可拼接结构物稳态具有及时、可靠的特点。
[0117]
本发明拓展拼接结构物浮态控制方法，提高拼接平台生命力。
[0118]
本发明有效解决可拼接平台的稳态控制问题，扩大可拼接结构物的工作场景。
附图说明
[0119]
图1为本发明的主视图。
[0120]
图2为图1的俯视图。
[0121]
图3为本发明一号模板的结构示意图。
[0122]
图4为本发明二号模板的结构示意图。
[0123]
图5为本发明中一号模块和二号模块分离时的结构示意图。
[0124]
图6为本发明中姿态一的结构示意图。
[0125]
图7为本发明中姿态二的结构示意图。
[0126]
图8为本发明中姿态二连接时的状态图一。
[0127]
图9为本发明中姿态二连接时的状态图二。
[0128]
图10为本发明的控制流程图。
[0129]
其中：1、一号模块；2、二号模块；3、连接器；4、纵向运动应变片；5、横向运动应变片；6、平台水线；
[0130]
101、一号主甲板；102、一号拉力绞车；103、一号导缆轮；104、一号导缆孔；105、一
号拉力缆；106、一号导缆器组；107、二号拉力绞车；108、二号导缆轮；109、二号导缆孔；110、二号拉力缆；111、二号导缆器组；
[0131]
201、二号主甲板；202、三号拉力绞车；203、三号导缆轮；204、三号导缆孔；205、三号拉力缆；206、三号导缆器组；207、四号拉力绞车；208、四号导缆轮；209、四号导缆孔；210、四号拉力缆；211、四号导缆器组。
具体实施方式
[0132]
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
[0133]
如图1-图10所示，本实施例的一种可拼接浮式结构物姿态控制方法，包括多个模块，相邻两个模块之间通过连接器3连接，单个模块的结构为：包括主甲板，主甲板上对称安装有两台拉力绞车，一台布置在右舷艉部角落，另一台布置在左舷艉部角落，单台拉力绞车通过导缆轮、导缆孔将拉力缆引导至平台下方的导缆器组上，并通过导缆器组换向后与海底浇筑的固定桩连接，导缆轮安装在拉力绞车与舷侧之间，固定在主甲板上，承受拉力绞车工作时的拉伸力；单个模块上设置有齿状结构，并在齿状结构的每一块凸出端开设安装连接器3的连接孔，齿状结构上分别贴有纵向运动应变片4和横向运动应变片5；
[0134]
运行过程中：
[0135]
当结构物漂浮在海上工作时，随着波浪起伏而起伏，由于相邻两个模块之间依靠连接器3连接，彼此之间具有单独的自由度，随着波浪起伏时间变长，模块运动产生差异，模块之间产生运动差，应变片感应到运动差导致摩擦撞击带来的应变力；
[0136]
根据应变力的集合，综合分析出模块之间的摩擦撞击是否为持久挤压；
[0137]
s1、应变力为恒定作用力，持久挤压；
[0138]
模块在各种力的作用下，形成持久的扭曲挤压状，根据连接处各个位置的应变片获取的应变力，通过控制方程式判定拼接结构物的姿态；
[0139]
结合设计时已经模拟计算出的结构物姿态与综合作用力点集群之间的关系，推导出平台该姿态下，所受到的综合作用力，该作用力也为平台恢复平浮姿态时，所需要的恢复力；
[0140]
同时根据不同姿态下绞车与压载水舱作用组合，逆向推导出平台恢复平浮姿态时所需要的压载水舱的注水情况t，以及各绞车拉力状态l；
[0141]
扭曲的结构物，需要通过下面两个动作，恢复平台平浮姿态，即：
[0142]
a、调节压载水系统，通过压载水系统，向压载水舱中注入压载水，达到注水情况t；
[0143]
b、调整各绞车的拉力，达到拉力状态l；
[0144]
结构物在该种姿态的情况下，通过应变力的反馈，判定是否满足复原控制条件；
[0145]
s2、应变力为瞬时作用力，偶尔挤压：
[0146]
模块在各种力的作用下，形成变动的扭曲姿态，即根据海况变化，在四种基本姿态之间来回变动，此时，根据四种姿态，调整绞车拉力，使得结构物恢复平浮状态。
[0147]
单个模板可以独立安装布放在海上，独立运行。
[0148]
导缆孔安装在舷侧，将拉力缆导向导缆器组，承受拉力绞车的拉伸力，并能顺畅的将拉力缆由水平方向换向至竖直方向。
[0149]
导缆器组安装在平台水线，承接拉力缆并将该拉力缆导向与船底固定桩连接。
[0150]
纵向运动应变片4和横向运动应变片5均布在舱壁上。
[0151]
另一种实施例：
[0152]
一种可拼接浮式结构物姿态自动控制方法，以两个模块拼接为例进行说明。
[0153]
可拼接浮式结构物由一号模块1、二号模块2组成。
[0154]
一号模块1的具体结构和功能如下：
[0155]
一号模块1可独立安装布放在海上，独立运行；
[0156]
一号模块1的一号主甲板101上载有两台拉力绞车，其中一号拉力绞车102布置在右舷艉部角落，二号拉力绞车107布置在左舷艉部角落。
[0157]
一号拉力绞车102通过一号导缆轮103、一号导缆孔104将一号拉力缆105引导至平台下方安装的一号导缆器组106上，并通过一号导缆器组106换向后与海底浇筑的固定桩连接。
[0158]
一号导缆轮103安装在一号拉力绞车102与舷侧之间，固定在一号主甲板101上，可承受拉力绞车工作时的拉伸力；
[0159]
一号导缆孔104安装在舷侧，将一号拉力缆105导向一号导缆器组106方向，可承受一号拉力绞车102的拉伸力，并能顺畅的将一号拉力缆105由水平方向换向至竖直方向；
[0160]
一号导缆器组106安装在平台水线6附近，承接一号拉力缆105并将该拉力缆导向与船底固定桩连接。
[0161]
二号拉力绞车107、二号导缆轮108、二号导缆孔109、二号导缆器组111布置在一号模块1的左舷，位置与右舷各相应设备位置对称；
[0162]
一号模块1前端建造程齿状结构物，并在每一块凸出端开设连接孔，用以在一号模块1和二号模块2拼装后安装连接器3。
[0163]
一号模块1的前端齿形块前端上半部分区域贴上纵向运动应变片4(p1.p2
…
pn)，应变片均布在前端端壁上；
[0164]
一号模块1的前端齿形块左边贴上横向运动应变片5(r1.r2
…
rm)，应变片均布在左边舱壁上。
[0165]
二号模块2的具体结构和功能如下：
[0166]
二号模块2可独立安装布放在海上，独立运行；
[0167]
二号模块2的二号主甲板201上载有两台拉力绞车，其中三号拉力绞车202布置在右舷艉部角落，四号拉力绞车207布置在左舷艉部角落。
[0168]
三号拉力绞车202通过三号导缆轮203、三号导缆孔204将三号拉力缆205引导至平台下方安装的三号导缆器组206上，并通过三号导缆器组206换向后与海底浇筑的固定桩连接。
[0169]
三号导缆轮203安装在三号拉力绞车202与舷侧之间，固定在二号主甲板201上，可承受拉力绞车工作时的拉伸力；
[0170]
三号导缆孔204安装在舷侧，将三号拉力缆205导向三号导缆器组206方向，可承受三号拉力绞车202的拉伸力，并能顺畅的将三号拉力缆205由水平方向换向至竖直方向；
[0171]
三号导缆器组206安装在平台水线6附近，承接三号拉力缆205并将该拉力缆导向与船底固定桩连接。
[0172]
四号拉力绞车207、四号导缆轮208、四号导缆孔209、四号导缆器组211组布置在二
号模块2的左舷，位置与右舷各相应设备位置对称；
[0173]
二号模块2后端建造程齿状结构物，并在每一块凸出端开设连接孔，用以在一号模块1和二号模块2拼装后安装连接器3。
[0174]
二号模块2的后端齿形块后部下半部分贴上纵向运动应变片4(k1.k2
…
kn)，应变片均布在后端端壁上；
[0175]
二号模块2的后端齿形块右边贴上横向运动应变片5(s1.s2
…
sm)，应变片均布在右边舱壁上。
[0176]
当一号模块1与二号模块2拼接在一起后，在无风浪的海面上处于自由漂浮状态，组合体通过一号拉力绞车102、二号拉力绞车107、三号拉力绞车202、四号拉力绞车207分别与水下固定桩连接，一号拉力缆105、二号拉力缆110、三号拉力缆205、四号拉力缆210处于原始长度。
[0177]
同时，两个模块连接处齿形块相互啮合，齿形块之间的横向应变片与纵向应变片受力均匀。
[0178]
可拼接结构物在设计时进行工程模拟分析，根据结构物的构型、海域海况、计算出结构物在不同方向作用力f(x,y,z)和压载水舱中压载水重力g(c)的共同作用下的姿态情况，形成综合作用力点集群与姿态的关系，且拟合为图谱曲线。
[0179]
通过拟合的图谱曲线，可以形成在不同姿态的情况下，结构物各方向与压
[0180]
载水舱作用力的组合。
[0181]
即，通过姿态可以逆向查询到该姿态下，结构物所受到的各方向作用力以及压载水舱注水情况。
[0182]
海上结构物随着波浪运动较为复杂，对于拼接结构物，其运动姿态可分为以下四种基本姿态，其复杂的运动是在四种基本姿态的基础上演化叠加而成。四种姿态具体分析如下。
[0183]
(一)姿态一：
[0184]
当拼接后的结构物漂浮在海面上，受到波浪力作用，连接处下凹，结构物前后翘起时。一号模块1前端齿形块上端应变片p1
…
pn收到挤压，感受应变增加；同时二号模块2后端齿形块下端应变片k1
…
kn相互远离，感受应变减少。控制方程式如下：
[0185][0186]
其中，t是某一时刻，t+1是该时刻的下一时刻，t是该时刻的上一时刻。
[0187]
该姿态下，模块连接器区域上部分紧压，下部分分离，同时拼接物前端和后端翘起，整体形成v字构型。
[0188]
(二)姿态二：
[0189]
当拼接后的结构物漂浮在海面上，受到波浪力作用，连接处上翘，结构物前后端下沉时。一号模块1前端齿形块上端应变片p1
…
pn相互远离，感受应变减少；同时二号模块2后端齿形块下端应变片k1
…
kn相互挤压，感受应变增加。控制方程式如下：
[0190][0191]
其中，t是某一时刻，t+1是该时刻的下一时刻，t-1是该时刻的上一时刻。
[0192]
该姿态下，模块连接器区域上部分分离，下部分挤压，同时拼接物前端和后端下沉，整体形成倒v字构型。
[0193]
(三)姿态三：
[0194]
当拼接后的结构物漂浮在海面上，受到波浪力作用，连接处向左凸出，结构物前端和后端均向右倾斜。一号模块1前端齿形块左边应变片r1
…
rn逐渐远离，感受应变减少；同时二号模块2后端齿形块右边应变片s1
…
sn相互挤压，感受应变增加。控制方程式如下：
[0195][0196]
其中，t是某一时刻，t+1是该时刻的下一时刻，t-1是该时刻的上一时刻。
[0197]
该姿态下，模块连接器区域左侧部分分离、右侧部分挤压，同时拼接物前端和后端向右倾斜。
[0198]
(四)姿态四：
[0199]
当拼接后的结构物漂浮在海面上，受到波浪力作用，连接处向右凸出，结构物前端和后端均向左倾斜。一号模块1前端齿形块左边应变片r1
…
rn相互挤压，感受应变增加；同时二号模块2后端齿形块右边应变片s1
…
sn相互远离，感受应变减少。控制方程式如下：
[0200][0201]
其中，t是某一时刻，t+1是该时刻的下一时刻，t-1是该时刻的上一时刻。
[0202]
该姿态下，模块连接器区域左侧部分挤压、右侧部分分离，同时拼接物前端和后端向左倾斜。
[0203]
实际工作过程中：
[0204]
当结构物漂浮在海上工作时，随着波浪起伏而起伏，由于两个模块之间依靠连接器3连接，彼此之间具有单独的自由度，随着波浪起伏时间变长，两个模块运动产生差异，模块之间产生运动差，应变片感应到运动差导致摩擦撞击带来的应变力。
[0205]
根据应变力的集合，综合分析出模块之间的摩擦撞击是否为持久挤压。
[0206]
(一)应变力为恒定作用力，持久挤压；
[0207]
这种情况下，模块在各种力的作用下，形成持久的扭曲挤压状。根据连接处各个位置的应变片获取的应变力，通过控制方程式判定拼接结构物的姿态。
[0208]
结合设计时已经模拟计算出的结构物姿态与综合作用力点集群之间的关
系，推导出平台该姿态下，所受到的综合作用力，该作用力也为平台恢复平浮姿态时，所需要的恢复力。
[0209]
同时根据不同姿态下绞车与压载水舱作用组合，逆向推导出平台恢复平浮姿态时所需要的压载水舱的注水情况t，以及各绞车拉力状态l。
[0210]
扭曲的结构物，需要通过下面两个动作，恢复平台平浮姿态，即：
[0211]
a、调节压载水系统，通过压载水系统，向压载水舱中注入压载水，达到注水情况t。
[0212]
b、调整各绞车的拉力，达到拉力状态l。
[0213]
结构物在该种姿态的情况下，通过应变力的反馈，判定是否满足复原控制条件。对四种姿态，复原控制条件分别为：
[0214]
姿态一：
[0215]
当拼接后的结构物漂浮在海面上，受到波浪力作用，连接处下凹，结构物前后翘起。一号模块1前端齿形块上端应变片p1
…
pn收到挤压，感受应变增加；同时二号模块2后端齿形块下端应变片k1
…
kn相互远离，感受应变减少。
[0216]
复原控制条件如下：
[0217][0218]
其中，t是某一时刻，t+1是该时刻的下一时刻，t-1是该时刻的上一时刻，pi是第i个应变片感应到的应变；kj是第j个应变片感应到的应变；
[0219]
姿态二：
[0220]
当拼接后的结构物漂浮在海面上，受到波浪力作用，连接处上翘，结构物前后端下沉。一号模块1前端齿形块上端应变片p1
…
pn相互远离，感受应变减少；同时二号模块2后端齿形块下端应变片k1
…
kn相互挤压，感受应变增加。
[0221]
复原控制条件如下：
[0222][0223]
其中，t是某一时刻，t+1是该时刻的下一时刻，t-1是该时刻的上一时刻，pi是第i个应变片感应到的应变；kj是第j个应变片感应到的应变；
[0224]
姿态三：
[0225]
当拼接后的结构物漂浮在海面上，受到波浪力作用，连接处向左凸出，结构物前端和后端均向右倾斜。一号模块1前端齿形块左边应变片r1
…
rn逐渐远离，感受应变减少；同时二号模块2后端齿形块右边应变片s1
…
sn相互挤压，感受应变增加。
[0226]
复原控制条件如下：
[0227][0228]
其中，t是某一时刻，t+1是该时刻的下一时刻，t-1是该时刻的上一时刻；ri是第i个应变片感应到的应变；sj是第j个应变片感应到的应变；
[0229]
姿态四：
[0230]
当拼接后的结构物漂浮在海面上，受到波浪力作用，连接处向右凸出，结构物前端和后端均向左倾斜。一号模块1前端齿形块左边应变片r1
…
rn相互挤压，感受应变增加；同时二号模块2后端齿形块右边应变片s1
…
sn相互远离，感受应变减少。
[0231]
复原控制条件如下：
[0232][0233]
其中，
[0234]
t是某一时刻，
[0235]
t+1是该时刻的下一时刻，
[0236]
t-1是该时刻的上一时刻。
[0237]
通过上面四种姿态的复原控制条件，根据各应变片的应变力反馈，判断结构物是否恢复平浮姿态。
[0238]
如果没有达到复原控制条件，则进入下一轮的调整循环。
[0239]
如果达到复原控制条件，调整结束，结构物恢复平浮姿态。
[0240]
(二)应变力为瞬时作用力，偶尔挤压：
[0241]
这种情况下，模块在各种力的作用下，形成变动的扭曲姿态，即根据海况变化，在
四种基本姿态之间来回变动。此时，根据四种姿态，调整绞车拉力，使得结构物恢复平浮状态。
[0242]
姿态一：
[0243]
当拼接后的结构物漂浮在海面上，受到波浪力作用，连接处下凹，结构物前后翘起。一号模块1前端齿形块上端应变片p1
…
pn收到挤压，感受应变增加；同时二号模块后端齿形块下端应变片k1
…
kn相互远离，感受应变减少。控制方程式如下：
[0244][0245]
其中，
[0246]
t是某一时刻，
[0247]
t+1是该时刻的下一时刻，
[0248]
t-1是该时刻的上一时刻。
[0249]
该姿态下，模块连接器3区域上部分紧压，下部分分离，同时拼接物前端和后端翘起，整体形成v字构型。该姿态下，一号模块1上的一号拉力绞车102和二号拉力绞车107工作，收紧一号拉力缆105和二号拉力缆110，使得一号模块1后端下沉。如果上述控制方程式依然成立，则二号模块2上的三号拉力绞车202和四号拉力绞车207工作，收紧三号拉力缆205和四号拉力缆210，使得二号模块2前端下沉。在控制方程式的控制下，一号拉力绞车102、二号拉力绞车107、三号拉力绞车202、四号拉力绞车207协同作用，完成平台的复原工作。
[0250]
平台复原控制条件为：
[0251][0252]
姿态二：
[0253]
当拼接后的结构物漂浮在海面上，受到波浪力作用，连接处上翘，结构物前后端下沉。一号模块1前端齿形块上端应变片p1
…
pn相互远离，感受应变减少；同时二号模块2后端齿形块下端应变片k1
…
kn相互挤压，感受应变增加。控制方程式如下：
[0254]
[0255]
其中，
[0256]
t是某一时刻，
[0257]
t+1是该时刻的下一时刻，
[0258]
t是该时刻的上一时刻。
[0259]
该姿态下，模块连接器3区域上部分分离，下部分挤压，同时拼接物前端和后端下沉，整体形成倒v字构型。该姿态下，一号模块1上的一号拉力绞车102和二号拉力绞车107工作，松弛一号拉力缆105和二号拉力缆110，使得一号模块1后端上浮。如果上述控制方程式依然成立，则二号模块2上的三号拉力绞车202和四号拉力绞车工作，松弛三号拉力缆205和四号拉力缆210，使得二号模块2前端上浮。在控制方程式的控制下，一号拉力绞车102、二号拉力绞车107、三号拉力绞车202、四号拉力绞车协同作用，完成平台的复原工作。
[0260]
平台复原控制条件为：
[0261][0262]
姿态三：
[0263]
当拼接后的结构物漂浮在海面上，受到波浪力作用，连接处向左凸出，结构物前端和后端均向右倾斜。一号模块1前端齿形块左边应变片r1
…
rn逐渐远离，感受应变减少；同时二号模块2后端齿形块右边应变片s1
…
sn相互挤压，感受应变增加。控制方程式如下：
[0264][0265]
其中，t是某一时刻，t+1是该时刻的下一时刻，t是该时刻的上一时刻。
[0266]
该姿态下，模块连接器区域左侧部分分离、右侧部分挤压，同时拼接物前端和后端向右倾斜。该姿态下，一号模块上的一号拉力绞车和二号模块上的三号拉力绞车工作，松弛一号拉力缆和三号拉力缆，释放连接器挤压区域的力量。如果上述控制方程式依然成立，则一号模块上的二号拉力绞车和二号模块上的四号拉力绞车工作，收紧二号拉力缆和四号拉力缆，促使连接器远离区域逐渐靠近，减少挤压区域的应力。在控制方程式的控制下，一号拉力绞车、二号拉力绞车、三号拉力绞车、四号拉力绞车协同作用，完成平台的复原工作。
[0267]
平台复原控制条件为
[0268][0269]
姿态四：
[0270]
当拼接后的结构物漂浮在海面上，受到波浪力作用，连接处向右凸出，结构物前端和后端均向左倾斜。一号模块前端齿形块左边应变片r1
…
rn相互挤压，感受应变增加；同时二号模块后端齿形块右边应变片s1
…
sn相互远离，感受应变减少。控制方程式如下：
[0271][0272]
其中，
[0273]
t是某一时刻，
[0274]
t+1是该时刻的下一时刻，
[0275]
t是该时刻的上一时刻。
[0276]
该姿态下，模块连接器3区域左侧部分挤压、右侧部分分离，同时拼接物前端和后端向左倾斜。该姿态下，一号模块1上的二号拉力绞车107和二号模块2上的四号拉力绞车207工作，松弛二号拉力缆110和四号拉力缆210，释放连接器3挤压区域的力量。如果上述控制方程式依然成立，则一号模块1上的一号拉力绞车102和二号模块2上的三号拉力绞车202工作，收紧一号拉力缆105和三号拉力缆205，促使连接器3远离区域逐渐靠近，减少挤压区域的应力。在控制方程式的控制下，一号拉力绞车102、二号拉力绞车107、三号拉力绞车202、四号拉力绞车207协同作用，完成平台的复原工作。
[0277]
平台复原控制条件为：
[0278][0279]
通过上面4种姿态的复原控制条件，根据各应变片的应变力反馈，判断结构物是否恢复平浮姿态。
[0280]
如果没有达到复原控制条件，则进入下一轮的调整循环。
[0281]
如果达到复原控制条件，调整结束，结构物恢复平浮姿态。
[0282]
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

技术特征：
1.一种可拼接浮式结构物姿态控制方法，其特征在于：包括多个模块，相邻两个模块之间通过连接器(3)连接，单个模块的结构为：包括主甲板，主甲板上对称安装有两台拉力绞车，一台布置在右舷艉部角落，另一台布置在左舷艉部角落，单台拉力绞车通过导缆轮、导缆孔将拉力缆引导至平台下方的导缆器组上，并通过导缆器组换向后与海底浇筑的固定桩连接，导缆轮安装在拉力绞车与舷侧之间，固定在主甲板上，承受拉力绞车工作时的拉伸力；单个模块上设置有齿状结构，并在齿状结构的每一块凸出端开设安装连接器(3)的连接孔，齿状结构上分别贴有纵向运动应变片(4)和横向运动应变片(5)；运行过程中：当结构物漂浮在海上工作时，随着波浪起伏而起伏，由于相邻两个模块之间依靠连接器(3)连接，彼此之间具有单独的自由度，随着波浪起伏时间变长，模块运动产生差异，模块之间产生运动差，应变片感应到运动差导致摩擦撞击带来的应变力；根据应变力的集合，综合分析出模块之间的摩擦撞击是否为持久挤压；s1、应变力为恒定作用力，持久挤压；模块在各种力的作用下，形成持久的扭曲挤压状，根据连接处各个位置的应变片获取的应变力，通过控制方程式判定拼接结构物的姿态；结合设计时已经模拟计算出的结构物姿态与综合作用力点集群之间的关系，推导出平台该姿态下，所受到的综合作用力，该作用力也为平台恢复平浮姿态时，所需要的恢复力；同时根据不同姿态下绞车与压载水舱作用组合，逆向推导出平台恢复平浮姿态时所需要的压载水舱的注水情况t，以及各绞车拉力状态l；扭曲的结构物，需要通过下面两个动作，恢复平台平浮姿态，即：a、调节压载水系统，通过压载水系统，向压载水舱中注入压载水，达到注水情况t；b、调整各绞车的拉力，达到拉力状态l；结构物在该种姿态的情况下，通过应变力的反馈，判定是否满足复原控制条件；s2、应变力为瞬时作用力，偶尔挤压：模块在各种力的作用下，形成变动的扭曲姿态，即根据海况变化，在四种基本姿态之间来回变动，此时，根据四种姿态，调整绞车拉力，使得结构物恢复平浮状态。2.如权利要求1所述的一种可拼接浮式结构物姿态控制方法，其特征在于：单个模板可以独立安装布放在海上，独立运行。3.如权利要求1所述的一种可拼接浮式结构物姿态控制方法，其特征在于：导缆孔安装在舷侧，将拉力缆导向导缆器组，承受拉力绞车的拉伸力，并能顺畅的将拉力缆由水平方向换向至竖直方向。4.如权利要求1所述的一种可拼接浮式结构物姿态控制方法，其特征在于：导缆器组安装在平台水线，承接拉力缆并将该拉力缆导向与船底固定桩连接。5.如权利要求1所述的一种可拼接浮式结构物姿态控制方法，其特征在于：所述纵向运动应变片(4)和横向运动应变片(5)均布在舱壁上。6.如权利要求1所述的一种可拼接浮式结构物姿态控制方法，其特征在于：s1中，对四种姿态，复原控制条件分别为：
姿态一：当拼接后的结构物漂浮在海面上，受到波浪力作用，连接处下凹，结构物前后翘起，模块分别一号模块(1)和二号模块(2)，一号模块(1)前端齿形块上端应变片p1
…
pn收到挤压，感受应变增加；同时二号模块(2)后端齿形块下端应变片k1
…
kn相互远离，感受应变减少；复原控制条件如下：其中，t是某一时刻，t+1是该时刻的下一时刻，t-1是该时刻的上一时刻；p
i
是第i个应变片感应到的应变；k
j
是第j个应变片感应到的应变；姿态二：当拼接后的结构物漂浮在海面上，受到波浪力作用，连接处上翘，结构物前后端下沉；一号模块(1)前端齿形块上端应变片p1
…
pn相互远离，感受应变减少；同时二号模块(2)后端齿形块下端应变片k1
…
kn相互挤压，感受应变增加；复原控制条件如下：其中，t是某一时刻，t+1是该时刻的下一时刻，t-1是该时刻的上一时刻；p
i
是第i个应变片感应到的应变；k
j
是第j个应变片感应到的应变；姿态三：
当拼接后的结构物漂浮在海面上，受到波浪力作用，连接处向左凸出，结构物前端和后端均向右倾斜；一号模块(1)前端齿形块左边应变片r1
…
rn逐渐远离，感受应变减少；同时二号模块(2)后端齿形块右边应变片s1
…
sn相互挤压，感受应变增加；复原控制条件如下：其中，t是某一时刻，t+1是该时刻的下一时刻，t-1是该时刻的上一时刻；r
i
是第i个应变片感应到的应变；s
j
是第j个应变片感应到的应变；姿态四：当拼接后的结构物漂浮在海面上，受到波浪力作用，连接处向右凸出，结构物前端和后端均向左倾斜，一号模块(1)前端齿形块左边应变片r1
…
rn相互挤压，感受应变增加；同时二号模块(2)后端齿形块右边应变片s1
…
sn相互远离，感受应变减少；复原控制条件如下：其中，t是某一时刻，t+1是该时刻的下一时刻，t-1是该时刻的上一时刻；通过上面四种姿态的复原控制条件，根据各应变片的应变力反馈，判断结构物是否恢复平浮姿态；如果没有达到复原控制条件，则进入下一轮的调整循环；如果达到复原控制条件，调整结束，结构物恢复平浮姿态。
7.如权利要求1所述的一种可拼接浮式结构物姿态控制方法，其特征在于：s2中，四中姿态如下：姿态一：当拼接后的结构物漂浮在海面上，受到波浪力作用，连接处下凹，结构物前后翘起，模块分为一号模块(1)和二号模块(2)，一号模块(1)前端齿形块上端应变片p1
…
pn收到挤压，感受应变增加；同时二号模块后端齿形块下端应变片k1
…
kn相互远离，感受应变减少；控制方程式如下：其中，t是某一时刻，t+1是该时刻的下一时刻，t-1是该时刻的上一时刻；该姿态下，模块连接器(3)区域上部分紧压，下部分分离，同时拼接物前端和后端翘起，整体形成v字构型，该姿态下，一号模块(1)上的拉力绞车工作，收紧拉力缆，使得一号模块(1)后端下沉；如果上述控制方程式依然成立，则二号模块(2)上的拉力绞车工作，收紧拉力缆，使得二号模块(2)前端下沉；在控制方程式的控制下，四个拉力绞车协同作用下，完成平台的复原工作；平台复原控制条件为：姿态二：当拼接后的结构物漂浮在海面上，受到波浪力作用，连接处上翘，结构物前后端下沉；一号模块(1)前端齿形块上端应变片p1
…
pn相互远离，感受应变减少；同时二号模块(2)后端齿形块下端应变片k1
…
kn相互挤压，感受应变增加，控制方程式如下：其中，
t是某一时刻，t+1是该时刻的下一时刻，t-1是该时刻的上一时刻；该姿态下，模块连接器(3)区域上部分分离，下部分挤压，同时拼接物前端和后端下沉，整体形成倒v字构型，该姿态下，一号模块(1)上的拉力绞车工作，松弛拉力缆，使得一号模块(1)后端上浮，如果上述控制方程式依然成立，则二号模块(2)上的拉力绞车工作，松弛拉力缆使得二号模块(2)前端上浮，在控制方程式的控制下，四个拉力绞车协同作用下，完成平台的复原工作；平台复原控制条件为：姿态三：当拼接后的结构物漂浮在海面上，受到波浪力作用，连接处向左凸出，结构物前端和后端均向右倾斜；一号模块(1)前端齿形块左边应变片r1
…
rn逐渐远离，感受应变减少；同时二号模块(2)后端齿形块右边应变片s1
…
sn相互挤压，感受应变增加；控制方程式如下：其中，t是某一时刻，t+1是该时刻的下一时刻，t-1是该时刻的上一时刻；该姿态下，模块连接器区域左侧部分分离、右侧部分挤压，同时拼接物前端和后端向右倾斜，该姿态下，一号模块(1)上的拉力绞车和二号模块(2)上的拉力绞车同时工作，如果上述控制方程式依然成立，则一号模块(1)上的拉力绞车和二号模块(2)上的拉力绞车工作，收紧相应的拉力缆，促使连接器远离区域逐渐靠近，减少挤压区域的应力，在控制方程式的控制下，四个拉力绞车协同作用下，完成平台的复原工作；平台复原控制条件为：
姿态四：当拼接后的结构物漂浮在海面上，受到波浪力作用，连接处向右凸出，结构物前端和后端均向左倾斜，一号模块(1)前端齿形块左边应变片r1
…
rn相互挤压，感受应变增加；同时二号模块(2)后端齿形块右边应变片s1
…
sn相互远离，感受应变减少，控制方程式如下：其中，t是某一时刻，t+1是该时刻的下一时刻，t-1是该时刻的上一时刻；该姿态下，模块连接器(3)区域左侧部分挤压、右侧部分分离，同时拼接物前端和后端向左倾斜；该姿态下，一号模块(1)上的拉力绞车工作，松弛拉力缆，释放连接器(3)挤压区域的力量，如果上述控制方程式依然成立，则一号模块(1)上的拉力绞车和二号模块(2)上的拉力绞车工作，收紧相对应的拉力缆，促使连接器(3)远离区域逐渐靠近，减少挤压区域的应力；在控制方程式的控制下，四个拉力绞车协同作用下，完成平台的复原工作；平台复原控制条件为：通过上面四种姿态的复原控制条件，根据各应变片的应变力反馈，判断结构物是否恢复平浮姿态；如果没有达到复原控制条件，则进入下一轮的调整循环；如果达到复原控制条件，调整结束，结构物恢复平浮姿态。

技术总结
一种可拼接浮式结构物姿态控制方法，包括多个模块，相邻两个模块之间通过连接器连接，单个模块的结构为：包括主甲板，主甲板上对称安装有两台拉力绞车，一台布置在右舷艉部角落，另一台布置在左舷艉部角落，单台拉力绞车通过导缆轮、导缆孔将拉力缆引导至平台下方的导缆器组上，并通过导缆器组换向后与海底浇筑的固定桩连接，导缆轮安装在拉力绞车与舷侧之间，固定在主甲板上，承受拉力绞车工作时的拉伸力；单个模块上设置有齿状结构，并在齿状结构的每一块凸出端开设安装连接器的连接孔，齿状结构上分别贴有纵向运动应变片和横向运动应变片；可保证拼接结构物在复杂的海洋环境中，自动控制姿态，为船上工作人员提供更为舒适的工作环境。适的工作环境。适的工作环境。


技术研发人员：张辉 倪其军 侯小军 陈公羽 凌伟 朱锋 张超 陈冬杰
受保护的技术使用者：中国船舶科学研究中心
技术研发日：2022.12.01
技术公布日：2023/4/17