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CN105408199B - 用于提供对铰接式舷梯的主动运动补偿控制的设备和方法 - Google Patents

用于提供对铰接式舷梯的主动运动补偿控制的设备和方法 Download PDF

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CN105408199B
CN105408199B CN201480040575.4A CN201480040575A CN105408199B CN 105408199 B CN105408199 B CN 105408199B CN 201480040575 A CN201480040575 A CN 201480040575A CN 105408199 B CN105408199 B CN 105408199B
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Abstract

一种用于提供对铰接式舷梯的主动运动补偿控制的设备和方法，舷梯包括固定部分，活动部分和致动器。第一位置参考装置提供船舶以大地作为参考的位置和姿态信息。第二位置参考装置提供活动部分以舷梯作为参考的位置和姿态信息。致动器驱动装置响应于调节信号生成致动器控制输出。主动运动补偿控制器装置接收位置和姿态信息、操作员控制输入和活动部分的速度信息。微分运动学装置计算并输出舷梯端点的当前位置和速度。主动运动补偿装置计算并输出舷梯端点的参考位置和速度，逆运动学装置根据舷梯端点的参考位置和速度计算并输出舷梯端点的位置参考值和速度参考值。调节器装置响应于位置参考值和速度参考值的输入计算并输出调节信号。

Description

用于提供对铰接式舷梯的主动运动补偿控制的设备和方法
技术领域
本发明涉及用于控制动态环境中的舷梯的方法和系统，并且具体地，涉及用于主动控制舷梯的方法和系统，舷梯用于为由于海洋运动而相对于彼此移动的海上的两艘船舶之间提供桥。
背景技术
控制舷梯用于由于海洋运动而相对于彼此移动的海上的两艘船舶之间提供桥。
全世界都将短舷梯用作从船舶到钻机(rig，钻探设备，钻塔)、风力涡轮机、岸滩、码头以及其他结构的方便且实用的进入方法。不同的设计选项可供使用，其中，由设计者和供应商调试长度和其他参数以满足用户输入和请求。通常，舷梯使用液压或其他类型的致动器而能够以几个自由度移动，并且由熟练的操作员操作，用以在海上或在港口类似的环境中在船舶之间或者在船舶与固定设施之间安全地建立桥。当操作时，通常由操作员使用操纵杆控制舷梯的功能，操纵杆可以是便携式远程控制单元的一部分或是位于舷梯的控制室内的固定控制单元的一部分。
几年来，已安装了许多这样的舷梯和撤离系统，并且船舶之间或者船舶与固定设施之间的舷梯已运作算起来几十年的周期。除了一般的海下工作以外，典型用途是特意建立“步行工作(Walk to Work)”维护船舶和“海底支援船(Subsea Support)”、海上检查全套装备、保养与修理。这些种类的船舶装备还可以包括伸距长的海上起重机，并且船舶可以准备用于滑行和遥控潜水器(ROV)的安装。
全世界都将舷梯用作从船舶到海里或海上的平台、钻机、风力涡轮机以及其他结构的关键且实用的进入方法。现在，通过对着风力涡轮机塔架阻止船首运动而完成风力涡轮机船员进入操作，显然这是风险很大的操作。
尽管可以用防海水的铝制造舷梯，从而制备高度操纵的耐用且轻型的结构，但一直存在当试图操纵舷梯用以在船舶之间或在船舶与固定设施之间建立桥式连接时操作员不能补偿海洋运动和环境的其他效果的风险。错过建立舷梯桥连接的机会可能会导致重要任务的取消，这会因缺乏维护或缺乏新的船员导致付出很大的代价和必须停止海上设施的操作的风险。因此，需要主动控制舷梯的解决方案，即，同样在当不能安全地依赖手动控制时的情况下，将会确保安全、可靠且准确地对舷梯的操纵进行运动补偿，将会允许舷梯在船舶之间或在船舶与固定设施之间建立舷梯桥连接。
发明目的
本发明的目的是提供了一种用于主动控制舷梯的设备和方法，以同样在当不能安全地依赖手动控制时的情况下，在操纵舷梯中确保安全、可靠且准确的运动补偿，以便舷梯在船舶之间或在船舶与固定设施之间建立舷梯桥连接。
从以下本发明的描述中，本发明的其他目的将变得清楚。
发明内容
本发明提供一种设备，该设备用于提供铰接式舷梯的主动运动补偿控制，该铰接式舷梯包括：固定地安装在航海船舶上的至少一个固定部分、能相对于固定部分运动的活动部分、以及用于使活动部分相对于固定部分运动的至少一个致动器，设备包括：第一位置参考装置，适配为在第一输出端上提供船舶以大地作为参考的位置和姿态信息，第二位置参考装置，适配为在第二输出端上提供活动部分以舷梯作为参考的位置和姿态信息，致动器驱动装置，已适配为响应于调节信号生成致动器控制输出，以及主动运动补偿控制器装置，该主动运动补偿控制器装置具有：连接至第一输出端和第二输出端中的相应输出端的第一输入端和第二输入端、用于接收操作员控制输入的操作员输入端、以及用于接收活动部分以舷梯作为参考的速度信息的第三输入端，其中，主动运动补偿控制器装置包括：-微分运动学装置，适配为响应于船舶的位置和姿态信息和活动部分的位置和姿态信息的输入而计算并输出舷梯的端点以大地作为参考的当前位置和当前速度，-主动运动补偿装置，适配为响应于操作员控制输入和由微分运动学装置计算的当前位置和当前速度的输入而计算并输出舷梯的端点以船舶作为参考的参考位置和参考速度，-逆运动学装置，适配为响应于由主动运动补偿装置计算的参考位置和参考速度的输入而计算并输出舷梯的端点以舷梯作为参考的位置参考值和速度参考值，以及-调节器装置，适配为响应于由逆运动学装置计算的位置参考值和速度参考值的输入计算并输出调节信号。
根据本发明进一步的技术方案，主动运动补偿装置被适配为输出以舷梯为参考的锁定位置参考值，并且主动运动补偿控制器装置进一步包括在逆运动学装置与调节器之间的信号通路中的参考计算装置，参考计算装置适配为响应于渐进或渐出命令计算在锁定位置参考值与位置参考值之间变化的渐进或渐出位置参考值以及在0与速度参考值之间变化的渐进或渐出速度参考值，且将渐进或渐出位置参考值和渐进或渐出速度参考值输出到调节器装置。
根据本发明进一步的技术方案，主动运动补偿控制器装置进一步包括在参考计算装置与调节器装置之间的信号通路中的接头限制器装置，接头限制器装置适配为响应于与至少一个致动器相关联的至少一个操作限制来限制渐进或渐出位置参考值和渐进或渐出速度参考值中的至少一个的值。
根据本发明进一步的技术方案，逆运动学装置包括逆运动学求解器装置，逆运动学求解器装置适配为通过解决三个自由度的逆运动学问题而在参考位置的基础上计算并输出位置参考值。
根据本发明进一步的技术方案，逆运动学装置包括逆微分运动学求解器装置，逆微分运动学求解器装置适配为通过解决三个自由度的逆微分运动学问题而在参考速度的基础上计算并输出速度参考值。
本发明提供一种用于提供铰接式舷梯的主动运动补偿控制的方法，铰接式舷梯包括：固定地安装在航海船舶上的至少一个固定部分、能相对于固定部分运动的活动部分、以及用于使活动部分相对于固定部分运动的至少一个致动器，该方法包括：提供第一位置参考装置，第一位置参考装置适配为在第一输出端上提供船舶以大地作为参考的位置和姿态信息，提供第二位置参考装置，第二位置参考装置适配为在第二输出端上提供活动部分以舷梯作为参考的位置和姿态信息，提供致动器驱动装置，致动器驱动装置已适配为响应于调节信号生成致动器控制输出，以及提供主动运动补偿控制器装置，主动运动补偿控制器装置具有：连接至第一输出端和第二输出端中的相应输出端的第一输入端和第二输入端、用于接收操作员控制输入的操作员输入端、以及用于接收活动部分以舷梯作为参考的速度信息的第三输入端，其中，主动运动补偿控制器装置包括：-由主动运动补偿控制器装置中的微分运动学装置响应于船舶的位置和姿态信息和活动部分的位置和姿态信息的输入而计算并输出舷梯的端点以大地作为参考的当前位置和当前速度，由主动运动补偿控制器装置中的主动运动补偿装置响应于操作员控制输入和由微分运动学装置计算的当前位置和当前速度的输入而计算并输出舷梯的端点以船舶作为参考的参考位置和参考速度，-由主动运动补偿控制器装置中的逆运动学装置响应于由主动运动补偿装置计算的参考位置和参考速度的输入而计算并输出舷梯的端点以舷梯作为参考的位置参考值和速度参考值，以及-由调节器装置响应于由逆运动学装置计算的位置参考值和速度参考值的输入而计算并输出调节信号。
附图说明
在下文中，参考附图中的图，将总体上并通过示例性实施方式说明本发明，在附图中
图1A是具有适合于“远程伸展(TeleTension)”操作模式的端点(end-point，终点)的小舷梯的第一立体图；
图1B是图1中示出的小舷梯的第二立体图；
图2是大舷梯的摄影立体示意图，大舷梯安装在较小的自由浮动船舶上，且大舷梯的端点落在固定钻机设施的基本水平表面上，将图片左边的自由浮动船舶桥接至图片右边的固定钻机设施；
图3是大舷梯的摄影立体示意图，大舷梯安装在较小的自由浮动船舶上，大舷梯的端点落在固定钻机设施上，将右边的自由浮动船舶桥接至左边的固定钻机设施；
图4是大舷梯的摄影立体示意图，大舷梯安装在较大的自由浮动船舶上，且大舷梯的端点展开到开放空间并且其伸缩部分完全伸展；
图5A是根据本发明的主动运动补偿舷梯控制器的第一示例性实施方式的示意性框图；
图5B是根据本发明的主动运动补偿舷梯控制器的第二示例性实施方式的示意性框图；
图6是通过举例示出了主动运动补偿(AMC)的功能的示意性向量图，以及
图7是由根据本发明的主动运动补偿舷梯控制器的实施方式提供的主动运动补偿舷梯的状态的示意性状态图。
具体实施方式
在下文中，将还通过示例性实施方式并且参考附图描述本发明的设备及操作方法。
根据本发明采用舷梯控制的舷梯很适合在极地地区和热带地区使用，并且提供了结构以及系统完整性。
根据本发明的控制舷梯还提供了稳定运动补偿的舷梯系统，以使得安全并且容易到达和离开海上设施。
结合本发明的控制方法或系统的舷梯系统是独特的运动补偿的舷梯设施，该舷梯设施以至少两种主要模式提供操作：第一长期连接模式，其中，舷梯能够在没有操作者值守的情况下操作，以及第二推进模式(push-on-mode)，其中，舷梯提供迅速运用。因此，在推进模式下，对几乎任何种类的结构都能立即完成着陆。本发明的系统提供很多冗余和保障措施，以确保通过本发明的方式提供的舷梯连接是安全且可靠的解决方案。
利用本发明的新型控制方法或系统，还可以补偿携带舷梯的船舶相对自由漂浮物体的运动，诸如，浮式采油、储油和卸油(FPSO)设施、另一船舶、倾覆的船舶、乃至躺在水中的人。
根据本发明，具有根据本发明的解决方案的舷梯能够建立并且维护从船舶到基本固定的海上设施的参数运动补偿的舷梯连接，以使得安全并且容易到达并离开海上设施。采用本发明的方法或系统的舷梯允许船员经由运动补偿的舷梯从运输船舶安全地转移至海上风力涡轮机设施。船舶能够在海上自由地移动，但舷梯的端点基本上相对塔架保持固定。运输船舶可以配备有推进器或喷水器，有或者没有动态定位(DP)装置，并且可以是双体式或单壳式。因此，除了可以用传统推力锁定技术之外，其可将在情况恶劣的海洋中运作。
根据本发明，使用本发明提供的主动运动补偿来吸收升沉和纵摇。预计运动检测是基于有助于到达固定物体的传统运动参考单元(MRU)的信号而进行的。作为运动参考单元的替代方案或补充方案，考虑了物体识别系统，物体识别系统使补偿两个自由浮动且独立的船舶的相对运动成为可能。因此，采用本发明的控制方案的舷梯不仅仅用于风力涡轮机行业，而且也用于营救、航海辅助装置维护、领航、以及更多的相关内容。考虑到最初被认为采用本发明的不同类型的舷梯，小舷梯主要用于运送船员舷梯，其提供从运送船员的小船舶到风力涡轮机或其他建筑、灯塔、不适航船舶等的通道。典型用途是风力涡轮机服务与保养、船舶的撤离或安装、以及近岸船员运送。大舷梯的用途是主要用于从大型建筑支援船到任何其他建筑或船舶的通道，并且典型用途是人工建筑人员的运送、较大的平台或者船舶的撤离、海上设施的交接班、以及海上退役。
典型的舷梯(诸如，正常运行时间舷梯(Uptime Gangway))具有19.4m的标称长度。伸缩功能提供+/-4m的范围内的动态舷梯长度调节，这意味着其可从其标称长度伸出并可缩回最多4m。
本发明的控制方案启用三个操作模式：
第一“着陆模式”，其中将在着陆过程期间主动补偿舷梯。在舷梯已着陆之后，其进入被动模式，只要需要的话，就使舷梯遵循相对运动。有利地，在被动模式中，将舷梯的元件直接或间接耦接至船舶的致动器被设置为“自由”状态，以使得相对于致动器的用于致动的另一元件而言，被致动的元件与该另一元件分离。
第二“恒定负载模式”，其中，在着陆过程期间，舷梯是完全主动运动补偿的，并且在着陆之后，舷梯通过主动移除着陆点上的负载而保持相对于着陆点定位，从而在舷梯的着陆点上维持相对固定设施或被看作相对于地面固定的其他设施的稳定压力。
第三“悬浮模式(hover mode)”，其中，尽可能平稳地使舷梯着陆，并且其中通过使用“主动运动补偿(AMC)模式”将附接至船舶的舷梯控制就位，并且使舷梯顶端保持位于相对于着陆区的固定点处或者保持位于固定设施或被看作相对于地面固定的其他设施上的其他点处。
控制系统对系统中安全功能提供总体监测和控制。测量舷梯舷外跨距(outreach)、舷梯角度、回转位置(slewing position)、以及船舶运动，并且如果有的话，控制系统被布置为判定需要什么反向运动。
为了安全监测和控制，系统设置有舷梯附接的传感器，优选地，其具有内置自行监控。控制系统适于检测错误并且连续监测控制信号和实际性能。控制系统自动调整液压阀的校准，以用于控制液压流体到限定区域内的舷梯致动器。如果不能进行调整，控制系统将根据情况设置警告或者报错。
为了在桥上进行监测，在桥上设置额外的监测系统以启动操作监测和控制。控制系统适合于与船舶上的动态定位(DP)系统集成为一体，从而提高安全性。
该系统提供紧急模式，优选地，自动激活紧急模式。当系统不在可容许工作极限内时，发生自动激活紧急模式。当达到关键性操作参数的预定极限值时，将使用可听和可视警告标志给出预警。当在紧急模式中，该控制系统控制致动器，以将舷梯升高至其最高位置以及将舷梯的伸缩部分缩回至其最内部的位置。用于这些操作的致动器的液压通常存储在液压蓄能器中。能够手动操作舷梯的回转，但是如果紧急起升关闭的原因是用于提供动力至致动器马达的电源故障或者用于将液压提供至液压致动器的液压高压单元(HPU)的故障，那么优先进行提升和回缩运动。
该系统提供全手动模式的操作，其中，在控制室或其他控制系统损坏的情况下，对HPU上的液压流体阀进行手动操作以使舷梯移动。
图1A和图1B的较小舷梯200包括回转元件210和枢转的、伸长的(elongate，细长的)吊臂元件220，回转元件通过回转致动器215致动以绕本文中所指的回转轴旋转，枢转的、伸长的吊臂元件通过吊臂致动器225致动以绕本文中所指的吊臂轴旋转，吊臂轴通常布置为垂直于回转轴以有利地允许舷梯的端点在与回转轴一致的平面上向上和向下运动。枢转吊臂元件220包括吊臂部件的伸缩装置230，伸缩装置允许动态调整吊臂元件的长度，并且吊臂部件通过拉伸致动器235的驱动以沿着本文中所指的伸缩臂纵轴或者为简单起见就是沿着伸缩轴转移吊臂部件。在图1的较小舷梯200中，伸缩元件提供舷梯的端点240，舷梯的端点包括着陆尖头245，通过它将舷梯适配为“远程伸展”操作模式，在该操作模式中，端点通过恒力保持靠着固定设施上的着陆表面或着陆点400，恒力通常由舷梯的伸缩接头(joint，关节)的致动器施加。
图2、图3以及图4示出了较大舷梯300的实施方式，该较大舷梯与图1A图1B的较小舷梯相似，较大舷梯包括回转元件310、枢转且伸长的吊臂元件320以及伸缩装置330，其中回转元件通过回转致动器315致动，枢转的、伸长的吊臂元件320通过吊臂致动器325致动，并且伸缩装置330通过拉伸致动器335致动。在图2、图3以及图4的较大舷梯300中，伸缩元件提供舷梯的端点340，其被适配为通过包括着陆锥形物345来着陆并将端点放置在基本固定的设施的着陆表面410上。
参考图5A、图5B、以及图6的示意图说明，在下文中说明主动运动补偿的舷梯控制器的示例性实施方式的更多细节。
舷梯控制器
在下文中，公开了用于主动运动补偿舷梯的控制器的结构和功能的更多细节。
适于采用本发明的控制器的舷梯通常建造有三个可移动接头：用于提供舷梯的旋转的回转接头，用于提供舷梯的上下运动的吊臂接头，以及用于调整舷梯的长度的伸缩接头。这些接头被致动使得舷梯能够分别以三个自由度运动，参考安装有舷梯的船舶。当安装在海船上时，由于风和海洋运动，整个舷梯受到船舶运动的影响。当与诸如钻机或风力涡轮机的设施对接时，这样的实施通常很少受到或不会受到这些干扰的影响并且因此可以视为相对于大地固定的，舷梯的对接部分将会相对于钻机或风力涡轮机上的着陆表面移动，舷梯的对接部分就是舷梯的最外面的端点。
根据本发明，测量船舶相对于大地的运动，并且接头被致动以使舷梯的端点相对于大地保持固定，从而补偿这些运动。通常通过运动参考单元(MRU)对船舶的运动进行测量，并且进行计算以确定每一个接头的位置的速度必须是怎样的以使舷梯的端点相对于固定设施上所选择的点保持固定，该点通常是用于接收舷梯的端点所指定的着陆表面。
AMC控制器
在图6中示出了根据本发明的主动运动补偿(AMC)控制器的功能结构。控制器施加前馈和反馈控制，并且被设计成在两个不同的参考体系之间分开，即，大地固定的(世界体系(world-frame))和船舶固定的(船舶体系)。此外，接头坐标是舷梯的广义坐标，即，接头的位置和速度。MRU测量船舶相对于世界体系的位置和运动，然而，这将与舷梯的端点的位置和运动不同。因此，控制器包括微分运动学(differential kinematics)装置，微分运动学装置适于在世界体系、船舶体系、以及舷梯的坐标系之间来回计算。
为了启动处理，几个或状态存在于控制器中，在手动状态中，不能补偿舷梯，但是相对于船舶保持恒定的位置(即，接头是固定的)。当激活主动运动补偿时，系统走进渐进状态(fade-in state)，其中，控制器提供从基于手动提供的控制参考到控制器计算的主动运动补偿的参考的舷梯控制的软转换。在主动运动补偿状态中，完全补偿舷梯。当主动运动补偿被释放时，控制器提供与渐进状态相反执行的渐出状态，在渐出状态中，控制器提供从基于控制器计算的主动运动补偿的参考到手动提供的控制参考的舷梯控制的软转换。以其最简单的形式，软转换是基于时间的。
以下是在图5A中示出的AMC控制器中的每个部件以及部件的功能的描述。
微分运动学元件(Element DiffKin)读取由运动参考单元(MRU)提供的船舶的位置和速度信息m。有利地，船舶的位置和速度信息m用于总共6个自由度(DOF)。因此，通过微分运动学元件从MRU获得总共12个测量结果。微分运动学元件还读取当前接头坐标y。基于船舶的位置和速度信息m和当前接头坐标y，微分运动学元件计算世界体系中舷梯的端点的当前位置p，并且还计算世界体系中舷梯的端点的速度v。所计算的速度v是将通过前馈补偿的速度。AMC元件具有用于接收操作员手动舷梯控制输入J的输入端，并且输入用于从微分运动学元件接收所计算的世界体系中的舷梯的端点的当前位置p和速度v。基于这些输入，AMC元件计算代表期望位置的船舶体系中的参考位置AMC元件还计算船舶坐标系中的前馈速度，即，使舷梯端点在世界体系中保持固定所需的前馈速度，因此，确立普遍称为完全确定的逆运动学(inverse-kinematics)问题。当进入渐进状态时，AMC元件还保存初始接头坐标α0，该初始接头坐标从软转换期间渐进到主动运动补偿的操作，并且将初始接头坐标α0反馈至控制系统的参考计算元件(Refcalc element)。
在下文中，参考附图6说明AMC元件。世界体系，还称为w体系，是大地“固定”的世界坐标参考体系。通过“固定”，这意味着该体系相对于快速运动是固定不动的，然而，随着时间的过去，其可以缓慢移动至MRU被放入世界位置参考系统的地方。b体系是固定位于舷梯基部的基部体系。b0体系是相对于b体系移动的体系。端表示舷梯端点的位置。运动参考单元(MRU)输出描述其相对于固定的w体系的位置和运动的数据。当固定附接至船舶时，MRU数据描述了船舶相对于大地固定的w体系的位置和运动。因此，b体系根据相对于以从b体系至b0体系的旋转矩阵“固定的”w体系所测量的运动相对于b0体系运动。
AMC计算在b体系中给出的所希望的舷梯位置和速度。根据b体系相对于b0体系的相对运动和在b0体系中给出的期望舷梯的端点所在的位置动态地计算位置和移动向量。利用对b0体系相对于w体系的位置的校正，b体系相对于b0体系的运动与所测量的运动参考单元(MRU)相对于w体系的运动相同。
在下文中，以举例的方式并且参考图6描述通过AMC进行的计算：
计算
其中
在w体系中的纵荡/摆动/升沉位置向量
在w体系中的横摇/纵摇/偏转角向量
偏移量＝相对于MRU测量点
Jgw＝舷梯坐标中的接头位置向量
应该在以上AMC描述的上下文中阅读适合计算并且输出舷梯控制数据或信号的AMC装置或方法的一部分的以下描述。在b0体系中进行舷梯的端点的期望位置的移动。这将会使舷梯的端点进行符合操作员的逻辑的运动。回转运动取决于相对于b体系的当前半径位置，该半径相对于b体系移动并且升沉位置与b体系中的当前位置相关。
在下文中，通过举例并且参考图6来描述通过AMC进行的与手动操纵杆输入(J)有关的计算：
计算
rXY+＝JoystickTele
slewRef+＝JoystickSlew
其中：
rXY＝在b0体系中给出的xy平面内的半径
slewRef＝回转角参考值
boomRef＝吊臂角参考值
a＝常数
b＝常数
JoystickSlew＝用于回转的操纵杆基值
JoystickBoom＝用于上/下的操纵杆基值
JoystickTele＝用于进/出的操纵杆基值
逆运动学求解器元件适用于解决3-DOF逆运动学问题，并且基于计算舷梯端点位于参考位置(在调节器中的反馈控制中使用的)所需的期望接头位置α。
逆微分运动学求解器元件适用于解决3-DOF逆微分运动学问题，并且计算使舷梯的端点在世界体系中保持固定(在调节器中的前馈控制中使用的)所需的接头速度
参考计算元件在手动与AMC状态之间渐变，并且朝向低水平控制器反馈接头参考值。最初在渐进状态中，参考计算元件仅将会输出α0和零向量分别作为位置和速度参考值，并且在α与之间缓慢渐进或渐出。
调节器元件提供舷梯的接头的低水平控制。该调节器元件使PID控制器和用于将舷梯的端点定位在期望空间点的前馈控制环路的增益结合，涉及确定舷梯参考系统中的舷梯端点的所计算的位置α和速度与舷梯参考系统中的舷梯端点的实际位置y和速度之间的差值。
接头元件将参考值转换为舷梯的液压致动器系统换出的流。
阀元件是对用于驱动舷梯的液压致动器的液压阀或电致动器的电力进行物理控制的部件。阀元件将来自调节器的期望接头速度转换成比例阀设置或电力供给设置的设置点。
在图7的状态图中，绘制虚线以指示，a)在水平地绘制的线上方的手动控制模式，b)在水平地绘制的线之间的运动补偿控制模式，c)在水平地绘制的线下方的自动紧急控制模式，d)在竖直地绘制的线右侧的主动运动补偿(AMC)控制模式，以及e)在竖直地绘制的线左侧的悬浮运动补偿控制模式。
在悬浮运动补偿控制模式中，由参考位置提供舷梯的端点的期望位置，参考位置拴在固定设施上的舷梯着陆点。
“远程伸展”操作模式。
对于要着陆的舷梯端点不存在水平或其他合适的表面的情况，舷梯提供“远程伸展”操作模式，其中，通过合适地控制并操作伸缩接头的致动器将恒力施加于伸缩接头。当进入“远程伸展”操作模式的状态时，随着舷梯的端点碰撞并接触与其对接的物体，操作伸缩接头的致动器以预定的通常低速使伸缩接头伸长并且提高力直至其达到阻力的阈值。实际上，用于伸缩接头的液压致动器将会继续执行推力，直至液压系统中达到与操作员已设置或定义的期望力对应的目标压力。
“自由”操作模式。
当在水平表面上对接时，当舷梯的端点处的负载单元检测到着陆时，能够启动自由模式。这会停用AMC，然而，不是渐渐成为手动，其释放接头上的力量，这样使得舷梯将会在船舶与着陆表面之间自由移动。参考符号、首字母缩写词和简写词的说明：
m：在测量点处的船舶运动
y：舷梯几何图形中的当前位置向量
舷梯几何形状中的当前速度向量
J：操纵杆输入。递增地移动
p：在世界体系中的当前舷梯端位置向量
v：在世界体系中的当前舷梯端速度向量
在基部体系中的位置参考向量
在基部体系中的速度参考向量
α0：在舷梯几何图形中的锁定位置参考向量。在AMC启动处锁定。用于渐进和渐出。
α：在舷梯几何图形中的位置参考向量
在舷梯几何图形中的速度参考向量
r：在渐进和渐出之后在舷梯几何图形中的位置参考向量。在α0与α之间渐变。
在0与之间渐进和渐出之后在舷梯几何图形中的速度参考
R：调节器输出
用于限制阀和液压系统换出的输出。

Claims (6)

1.一种用于提供对铰接式舷梯(200)的主动运动补偿控制的设备(100)，所述铰接式舷梯包括：固定地安装在航海船舶上的至少一个固定部分、能相对于所述固定部分运动的活动部分、以及用于使所述活动部分相对于所述固定部分运动的至少一个致动器，所述设备(100)包括：
第一位置参考装置，适配为在第一输出端上提供所述船舶以大地作为参考的位置和姿态信息(m)，
第二位置参考装置，适配为在第二输出端上提供所述活动部分以舷梯参考系统作为参考的位置和姿态信息(y)，
致动器驱动装置，已适配为响应于调节信号(R)生成致动器控制输出，以及
主动运动补偿控制器装置，具有：连接至所述第一输出端和所述第二输出端中的相应输出端的第一输入端和第二输入端、用于接收操作员控制输入(J)的操作员输入端、以及用于接收所述活动部分以舷梯参考系统作为参考的速度信息的第三输入端，
其中，所述主动运动补偿控制器装置包括：
-微分运动学装置，适配为响应于所述船舶的所述位置和姿态信息(m)和所述活动部分的所述位置和姿态信息(y)的输入而计算并输出所述舷梯的端点以大地作为参考的当前位置(p)和当前速度(v)，
-主动运动补偿装置，适配为响应于所述操作员控制输入(J)和由所述微分运动学装置计算的所述当前位置(p)和当前速度(v)的输入而计算并输出所述舷梯的端点以所述船舶作为参考的参考位置和参考速度
-逆运动学装置，适配为响应于由所述主动运动补偿装置计算的所述参考位置和参考速度的输入而计算并输出所述舷梯的端点以舷梯参考系统作为参考的位置参考值(α)和速度参考值以及
-调节器装置，适配为响应于由所述逆运动学装置计算的所述位置参考值(α)和所述速度参考值的输入以及所述活动部分的所述位置和姿态信息(y)和所述活动部分的所述速度信息的输入而计算并输出所述调节信号(R)。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述主动运动补偿装置被适配为输出以舷梯参考系统为参考的锁定位置参考值(α0)，并且所述主动运动补偿控制器装置进一步包括在所述逆运动学装置与所述调节器装置之间的信号通路中的参考计算装置，所述参考计算装置适配为响应于渐进或渐出命令计算在所述锁定位置参考值(α0)与所述位置参考值(α)之间变化的渐进或渐出位置参考值(r)以及在0与所述速度参考值之间变化的渐进或渐出速度参考值并将所述渐进或渐出位置参考值和所述渐进或渐出速度参考值输出到所述调节器装置。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述主动运动补偿控制器装置进一步包括在所述参考计算装置与所述调节器装置之间的信号通路中的接头限制器装置，所述接头限制器装置适配为响应于与所述至少一个致动器相关联的至少一个操作限制来限制所述渐进或渐出位置参考值(r)和所述渐进或渐出速度参考值中的至少一个的值。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述逆运动学装置包括逆运动学求解器装置，所述逆运动学求解器装置适配为通过解决三个自由度的逆运动学问题而在所述参考位置的基础上计算并输出所述位置参考值(α)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，所述逆运动学装置包括逆微分运动学求解器装置，所述逆微分运动学求解器装置适配为通过解决三个自由度的逆微分运动学问题而在所述参考速度的基础上计算并输出所述速度参考值
6.一种用于提供对铰接式舷梯(200)的主动运动补偿控制的方法，所述铰接式舷梯包括：固定地安装在航海船舶上的至少一个固定部分、能相对于所述固定部分运动的活动部分、以及用于使所述活动部分相对于所述固定部分运动的至少一个致动器，所述方法包括：
提供第一位置参考装置，所述第一位置参考装置适配为在第一输出端上提供所述船舶以大地作为参考的位置和姿态信息(m)，
提供第二位置参考装置，所述第二位置参考装置适配为在第二输出端上提供所述活动部分以舷梯参考系统作为参考的位置和姿态信息(y)，
提供致动器驱动装置，所述致动器驱动装置已适配为响应于调节信号(R)生成致动器控制输出，以及
提供主动运动补偿控制器装置，所述主动运动补偿控制器装置具有：连接至所述第一输出端和所述第二输出端中的相应输出端的第一输入端和第二输入端、用于接收操作员控制输入(J)的操作员输入端、以及用于接收所述活动部分以舷梯参考系统作为参考的速度信息的第三输入端，
其中，所述主动运动补偿控制器装置包括：
-由所述主动运动补偿控制器装置中的微分运动学装置响应于所述船舶的所述位置和姿态信息(m)和所述活动部分的所述位置和姿态信息(y)的输入而计算并输出所述舷梯的端点以大地作为参考的当前位置(p)和当前速度(v)，
-由所述主动运动补偿控制器装置中的主动运动补偿装置响应于所述操作员控制输入(J)和由所述微分运动学装置计算的所述当前位置(p)和当前速度(v)的输入而计算并输出所述舷梯的端点以所述船舶作为参考的参考位置和参考速度
-由所述主动运动补偿控制器装置中的逆运动学装置响应于由所述主动运动补偿装置计算的所述参考位置和参考速度的输入而计算并输出所述舷梯的端点以舷梯参考系统作为参考的位置参考值(α)和速度参考值以及
-由调节器装置响应于由所述逆运动学装置计算的所述位置参考值(α)和速度参考值的输入以及所述活动部分的所述位置和姿态信息(y)和所述活动部分的所述速度信息的输入而计算并输出所述调节信号(R)。
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