CN119756813B - 一种用于被动补偿装置的刚度阻尼标定方法、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海上吊装作业升沉补偿技术领域，尤其涉及一种用于被动补偿装置的刚度阻尼标定方法、设备及介质，该方法，包括：将所述被动补偿装置等效为刚度阻尼系统；将所述被动补偿装置中蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体作用于液压缸活塞上的力作为等效弹簧力，根据所述等效弹簧力获取等效刚度；将所述被动补偿装置中液压油通过液压管道的压力损失与液压缸有杆腔的环面积的乘积作为等效阻尼力，根据所述等效阻尼力获取等效阻尼。本发明能够对便携集成式被动补偿装置的刚度及阻尼进行标定，形成等效刚度阻尼系统模型，标定后的刚度阻尼系统模型应用到海上吊装过程的仿真过程中，能够有效提升仿真结果相对于实际作业的准确性和可靠度。

Description

一种用于被动补偿装置的刚度阻尼标定方法、设备及介质

技术领域

本发明涉及海上吊装作业升沉补偿技术领域，尤其涉及一种用于被动补偿装置的刚度阻尼标定方法、设备及介质。

背景技术

在海上吊装作业过程中，船舶在波浪作用下会产生六自由度运动，进而影响海上作业安全。在一般情况下，动力定位系统可以补偿横荡、纵荡、首摇三个由波浪力引起的漂移运动，但无法对升沉方向运动进行补偿。便携集成式被动补偿装置悬挂在吊机缆绳末端和负载之间，是一种即挂即用式的被动补偿装置。通过装置内部液压缸活塞杆与缸筒之间的相对运动，实现对作业船舶在波浪中缆绳张力的补偿，补偿海上作业时产生的升沉运动，保障海上施工安全。

具体的，便携集成式被动补偿装置主要由液压缸、蓄能器、气瓶以及相关阀组控制系统组成。当船体静止时，油缸活塞杆的拉力等于负载重力；当船体向上运动时，缆绳末端牵引补偿装置的液压缸缸筒随船体一起上升，有杆腔内液压油被压入蓄能器，进而压缩蓄能器中的气体，从而缓解了由于缆绳张力增加而可能导致的冲击力；当船体下降时，液压缸缸筒随船体一同下降，此时液压油会因蓄能器中高压气体回到液压缸，从而补偿缆绳张力的减少，防止张力过低导致缆绳松弛；总的来说，通过该装置可以动态调节缆绳的张力，保证缆绳在吊装作业过程中的张力稳定，补偿海上作业时产生的升沉运动，保障海上施工安全。

便携集成式升沉补偿装置在作业过程中会被用于不同载荷的负载，以及经历不同的海况和工况，在不同的作业条件下装置的阻尼及刚度的参数不同，不合适的参数会致使装置的补偿精度下降，因此，就需要通过软件精确计算出不同工况下参数，以保证装置的补偿精度。

因此，在海上作业之前，需要对便携集成式被动补偿装置进行整体等效分析，即进行刚度阻尼标定，为吊装过程的动力学仿真提供依据，从而能够根据仿真结果分析、调整装置的补偿效果。

目前，针对便携集成式被动补偿装置的刚度阻尼标定的相关研究较少，导致吊装过程的仿真结果偏离实际情况。另一方面，现有的针对吊装作业的升沉补偿研究，仅考虑负载在空中吊装阶段的升沉补偿，所标定的相关参数难以适用负载过浪溅区和水下吊装的情况。

发明内容

本发明的目的在于针对已有的技术现状，提供一种用于被动补偿装置的刚度阻尼标定方法、设备及介质。

本发明能够对便携集成式被动补偿装置的刚度及阻尼进行标定，形成等效刚度阻尼系统模型，标定后的刚度阻尼系统模型应用到海上吊装过程的仿真过程中，能够有效提升仿真结果相对于实际作业的准确性和可靠度。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供一种用于被动补偿装置的刚度阻尼标定方法，包括：

将所述被动补偿装置等效为刚度阻尼系统；

将所述被动补偿装置中蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体作用于液压缸活塞上的力作为等效弹簧力，根据所述等效弹簧力获取等效刚度；

将所述被动补偿装置中液压油通过液压管道的压力损失与液压缸有杆腔的环面积的乘积作为等效阻尼力，根据所述等效阻尼力获取等效阻尼。

在一些实施例中，所述将所述被动补偿装置中蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体作用于液压缸活塞上的力作为等效弹簧力，根据所述等效弹簧力获取等效刚度的步骤包括：

获取液压缸活塞杆处于液压缸中位时，所述被动补偿装置中蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体对应各阶段的原始气体压力；

根据所述各阶段的原始气体压力，获取液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时，各阶段所对应的所述蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体的气体压力；

基于各阶段所对应的所述蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体的气体压力，获取液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时，各阶段对应的等效弹簧力。

在一些实施例中，所述基于各阶段所对应的所述蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体的气体压力，获取液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时，各阶段对应的等效弹簧力的步骤包括：

根据等效弹簧力公式获取等效弹簧力，所述等效弹簧力公式为：

式中，F_k为所述液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时对应的等效弹簧力，P_x为所述液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时，蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体对应的气体压力，A_p为所述液压缸有杆腔的环面积，A_rod为所述液压缸活塞杆的截面积，ρ为水的密度，h为液压缸活塞杆的端部所处的水下深度。

在一些实施例中，所述被动补偿装置中蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体对应各阶段的原始气体压力的计算公式为：

式中，P₀为所述被动补偿装置中蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体对应各阶段的原始气体压力，m_air为负载在空中的质量，m_water为负载在水中的等效质量，A_p为所述液压缸有杆腔的环面积，A_rod为所述液压缸活塞杆的截面积，ρ为水的密度，h为液压缸活塞杆的端部所处的水下深度；

所述各阶段所对应的所述蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体的气体压力的计算公式如下：

式中，P_x为所述液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时，蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体对应的气体压力，P₀为所述被动补偿装置中蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体对应各阶段的原始气体压力，V₀为液压缸活塞杆处于液压缸中位时，所述被动补偿装置中蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体对应各阶段的原始总体积，V_gas为液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为0时，所述被动补偿装置中蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体对应各阶段的总体积，A_p为所述液压缸有杆腔的环面积，γ为绝热指数，γ为1.4～1.7。

在一些实施例中，所述将所述被动补偿装置中液压油通过液压管道的压力损失与液压缸有杆腔的环面积的乘积作为等效阻尼力，根据所述等效阻尼力获取等效阻尼的步骤包括：

获取液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时，液压油通过液压管道的流速；

基于所述流速确定管道摩擦系数；

基于所述流速、所述摩擦系数及所述液压管道的直径获取所述液压油通过液压管道的压力损失。

在一些实施例中，所述获取液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时，液压油通过液压管道的流速的步骤包括：

根据流速计算公式获取所述流速，所述流速计算公式为：

式中，c为液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时，液压油通过液压管道的流速，A_p为所述液压缸有杆腔的环面积，为所述液压缸活塞杆的运动速度；d为所述液压管道的直径；

和/或，所述基于所述流速确定管道摩擦系数的步骤包括：

根据所述流速计算对应的雷诺数，并根据所述雷诺数确定管道摩擦系数；所述管道摩擦系数的计算公式为：

式中，λ为管道摩擦系数，Re为雷诺数；

和/或，所述基于所述流速、所述摩擦系数及所述液压管道的直径获取所述液压油通过液压管道的压力损失的步骤包括：

根据压力损失公式计算所述液压油通过液压管道的压力损失，所述压力损失公式为：

式中，△p为所述被动补偿装置中液压油通过液压管道的压力损失，λ为管道摩擦系数，d为所述液压管道的直径，l为所述液压管道的长度，ρ_oil为液压油的密度，c为液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时，液压油通过液压管道的流速。

在一些实施例中，所述根据所述等效弹簧力获取等效刚度的步骤包括：

根据等效刚度计算公式计算等效刚度，并绘制等效刚度曲线，

所述等效刚度计算公式为：

式中，k为等效刚度，F_k为所述液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时对应的等效弹簧力；

和/或，所述根据所述等效阻尼力获取等效阻尼的步骤包括：

根据等效阻尼计算公式计算等效阻尼，并绘制等效阻尼曲线，

所述等效阻尼计算公式为：

式中，c为等效阻尼，F_c为所述液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时对应的等效阻尼力，为所述液压缸活塞杆的运动速度。

第二，本发明还提供一种上述的一种用于被动补偿装置的刚度阻尼标定方法的应用，包括：

将所述等效弹簧力及所述等效阻尼力输入至缆绳张力计算模型中，以调节所述缆绳的张力，

所述缆绳张力计算模型的力平衡方程为：

式中，m_D为所述被动补偿装置的质量，a_D为所述被动补偿装置的加速度，F_c为所述被动补偿装置的等效阻尼力，F_c'为F_c的反作用力，F_k为所述被动补偿装置的等效弹簧力，F_k'为F_k的反作用力，m_L为负载的质量，a'_L为负载在受到被动补偿装置影响时的加速度，F_V为负载受到的浮力，f为负载受到的水动力，g为重力加速度，T为缆绳张力。

第三，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法。

第四，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法。

本发明的有益效果在于：

本发明中，将被动补偿装置等效为刚度阻尼系统，其中，蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体的压缩体现为等效系统的刚度，因此，本发明将所述被动补偿装置中蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体作用于液压缸活塞上的力作为等效弹簧力，根据所述等效弹簧力获取等效刚度，液压油通过液压管道产生的阻尼体现为等效系统的阻尼，因此，本发明将所述被动补偿装置中液压油通过液压管道的压力损失与液压缸有杆腔的环面积的乘积作为等效阻尼力，根据所述等效阻尼力获取等效阻尼，由此实现对被动补偿装置的刚度、阻尼进行标定，形成被动补偿装置的等效刚度阻尼系统模型。标定后的刚度阻尼系统模型能够应用到海上吊装过程的仿真过程中，有效提升仿真结果相对于实际作业的准确性和可靠度，进而使得在实际吊装作业中，能够更好经由被动补偿装置的调节控制，保证缆绳在吊装作业过程中的张力稳定，提升被动补偿效果，保障海上施工安全。

附图说明

图1为本发明实施例的便携集成式被动补偿装置的作业示意图。

图2为本发明实施例的便携集成式被动补偿装置的原理示意图。

图3为本发明实施例的便携集成式被动补偿装置等效为刚度阻尼系统的示意图。

图4为本发明实施例的便携集成式被动补偿装置的等效刚度曲线。

图5为本发明实施例的便携集成式被动补偿装置的等效阻尼曲线。

图6为本发明实施例的一种用于被动补偿装置的刚度阻尼标定方法的流程图。

图7为本发明实施例的一种用于被动补偿装置的刚度阻尼标定方法的步骤S200的流程图。

图8为本发明实施例的一种用于被动补偿装置的刚度阻尼标定方法的步骤S300的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明作进一步地详细描述。

首先，为便于下方说明本发明的用于被动补偿装置的刚度阻尼标定方法，下方对本发明的便携集成式被动补偿装置的结构进行简述。

具体的，参见图1至图2所示，便携集成式被动补偿装置1悬挂在母船4的吊机3上的缆绳末端和负载2之间，被动补偿装置主要由液压缸7、蓄能器5、气瓶8以及相关阀组控制系统组成，其中，液压缸7由活塞件分隔为无杆气腔71及有杆油腔72，活塞件包括活塞731及活塞杆732，蓄能器包括补偿气腔51及补偿油腔52，其中，补偿油腔与有杆油腔之间通过带有油路调节阀的液压管道6相连通，补偿气腔与气瓶通过气路调节阀的气流管道9相连通，其中，蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体可为氮气。

一方面，参见图1至图3及图6所示，本发明提供一种用于被动补偿装置的刚度阻尼标定方法，包括：

S100.将所述被动补偿装置等效为刚度阻尼系统；

S200.将所述被动补偿装置中蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体作用于液压缸活塞上的力作为等效弹簧力，根据所述等效弹簧力获取等效刚度；

S300.将所述被动补偿装置中液压油通过液压管道的压力损失与液压缸有杆腔的环面积的乘积作为等效阻尼力，根据所述等效阻尼力获取等效阻尼。

本发明中，将被动补偿装置等效为刚度阻尼系统，其中，蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体的压缩体现为等效系统的刚度，因此，本发明将所述被动补偿装置中蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体作用于液压缸活塞上的力作为等效弹簧力，根据所述等效弹簧力获取等效刚度，液压油通过液压管道产生的阻尼体现为等效系统的阻尼，因此，本发明将所述被动补偿装置中液压油通过液压管道的压力损失与液压缸有杆腔的环面积的乘积作为等效阻尼力，根据所述等效阻尼力获取等效阻尼，由此实现对被动补偿装置的刚度、阻尼进行标定，形成被动补偿装置的等效刚度阻尼系统模型。标定后的刚度阻尼系统模型能够应用到海上吊装过程的仿真过程中，有效提升仿真结果相对于实际作业的准确性和可靠度，进而使得在实际吊装作业中，能够更好经由被动补偿装置的调节控制，保证缆绳在吊装作业过程中的张力稳定，提升被动补偿效果，保障海上施工安全。

在一些实施例中，参见图7所示，步骤S200中，所述将所述被动补偿装置中蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体作用于液压缸活塞上的力作为等效弹簧力，根据所述等效弹簧力获取等效刚度的步骤包括：

S210.获取液压缸活塞杆处于液压缸中位时，所述被动补偿装置中蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体对应各阶段的原始气体压力；

S220.根据所述各阶段的原始气体压力，获取液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时，各阶段所对应的所述蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体的气体压力；

S230.基于各阶段所对应的所述蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体的气体压力，获取液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时，各阶段对应的等效弹簧力。

可以理解的，液压缸活塞杆具有伸出和内收两个过程，当活塞杆完全内收于液压缸内部时，此时，液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为0；当目前状态下，液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为2m，而下一个状态液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为1m时，此时，液压缸活塞杆是从目前状态做内收运动进入下一状态，相反的，下一个状态液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为3m时，此时，液压缸活塞杆是从目前状态做外伸运动进入下一状态。

可以理解的，依据吊装方向的不同，吊装作业各阶段中，甲板吊装阶段可以是负载自甲板起吊至空中的阶段或者负载自空中吊至甲板的阶段；过浪溅区阶段可以是负载自空中通过浪溅区的阶段或者载自海底通过浪溅区的阶段；水下吊装阶段可以是负载在水下吊装向海底下沉的阶段或者负载自海底向水面起吊的阶段。

由于甲板吊装阶段、过浪溅区阶段和水下吊装阶段各阶段中，因外界环境不同，造成被动补偿装置和负载受力存在差异，本发明中，获取被动补偿装置在不同阶段对应的原始气体压力，以此获取对应的等效弹簧力，由此获得吊装不同阶段对应的等效刚度，获得的等效刚度所构建的等效弹簧阻尼系统模型能够更好仿真海上吊装实际作业中的各个阶段，有效提升仿真结果相对于实际作业的准确性和可靠度，为实际吊装作业各个阶段提供更精准的被动补偿策略。

在一些实施例中，步骤S230中，所述基于各阶段所对应的所述蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体的气体压力，获取液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时，各阶段对应的等效弹簧力的步骤包括：

根据等效弹簧力公式获取等效弹簧力，所述等效弹簧力公式为：

式中，F_k为所述液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时对应的等效弹簧力，P_x为所述液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时，蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体对应的气体压力，A_p为所述液压缸有杆腔的环面积，A_rod为所述液压缸活塞杆的截面积，ρ为水的密度，h为液压缸活塞杆的端部所处的水下深度。

在等效弹簧力公式中，基于各阶段外界环境的差异，在水下吊装阶段中引入水对活塞杆的作用力，使得所获得的被动补偿装置在水下吊装的等效弹簧力与其在实际吊装作业中的弹簧力更接近，仿真结果更准确、可靠。

在一些实施例中，步骤S210中，所述被动补偿装置中蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体对应各阶段的原始气体压力的计算公式为：

式中，P₀为所述被动补偿装置中蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体对应各阶段的原始气体压力，m_air为负载在空中的质量，m_water为负载在水中的等效质量，A_p为所述液压缸有杆腔的环面积，A_rod为所述液压缸活塞杆的截面积，ρ为水的密度，h为液压缸活塞杆的端部所处的水下深度。

因各阶段外界环境的差异，被动补偿装置和负载受力存在差异，在原始气体压力的计算公式中进行针对性改进，从而使得后续获得各个阶段对应的等效弹簧力与其在实际吊装作业中各阶段的弹簧力更接近，仿真结果更准确、可靠，由此能够基于仿真分析结果为实际吊装作业各个阶段提供更精准的被动补偿策略。

在一些实施例中，步骤S220中，所述各阶段所对应的所述蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体的气体压力的计算公式如下：

式中，P_x为所述液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时，蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体对应的气体压力，P₀为所述被动补偿装置中蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体对应各阶段的原始气体压力，V₀为液压缸活塞杆处于液压缸中位时，所述被动补偿装置中蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体对应各阶段的原始总体积，V_gas为液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为0时，所述被动补偿装置中蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体对应各阶段的总体积，A_p为所述液压缸有杆腔的环面积，γ为绝热指数，γ为1.4～1.7。

可以理解的，在液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为0时，液压缸活塞杆完全收缩进入液压缸的有杆油腔内，此时被动补偿装置中蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体对应各阶段的总体积V_gas为气体最大体积。

液压缸活塞杆处于液压缸中位，是指液压缸的活塞件活塞移动至液压缸内部腔体整体的中位位置。

其中，γ为绝热指数，由于蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体通常为氮气，优选的，γ为1.4。

优选的，在高压或高温状况下，γ为1.7。

在一些实施例中，参见图8所示，步骤S300中，所述将所述被动补偿装置中液压油通过液压管道的压力损失与液压缸有杆腔的环面积的乘积作为等效阻尼力，根据所述等效阻尼力获取等效阻尼的步骤包括：

S310.获取液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时，液压油通过液压管道的流速；

S320.基于所述流速确定管道摩擦系数；

S330.基于所述流速、所述摩擦系数及所述液压管道的直径获取所述液压油通过液压管道的压力损失；

S340.根据等效阻尼力的计算公式计算等效阻尼力，所示等效阻尼力的计算公式为：

F_c＝Δp·A_p，

式中，F_c为所述被动补偿装置的等效阻尼力，△p为所述被动补偿装置中液压油通过液压管道的压力损失，A_p为所述液压缸有杆腔的环面积。

液压油通过液压管道产生的阻尼体现为等效系统的阻尼，因此，本发明将所述被动补偿装置中液压油通过液压管道的压力损失与液压缸有杆腔的环面积的乘积作为等效阻尼力，在确保等效阻尼力的准确度的同时简化等效阻尼的算法。

在一些实施例中，步骤S310中，所述获取液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时，液压油通过液压管道的流速的步骤包括：

根据流速计算公式获取所述流速，所述流速计算公式为：

式中，c为液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时，液压油通过液压管道的流速，A_p为所述液压缸有杆腔的环面积，为所述液压缸活塞杆的运动速度；d为所述液压管道的直径。

在一些实施例中，步骤S320中，所述基于所述流速确定管道摩擦系数的步骤包括：

根据所述流速计算对应的雷诺数，并根据所述雷诺数确定管道摩擦系数；所述管道摩擦系数的计算公式为：

式中，λ为管道摩擦系数，Re为雷诺数；

步骤S330中，所述基于所述流速、所述摩擦系数及所述液压管道的直径获取所述液压油通过液压管道的压力损失的步骤包括：

根据压力损失公式计算所述液压油通过液压管道的压力损失，所述压力损失公式为：

式中，△p为所述被动补偿装置中液压油通过液压管道的压力损失，λ为管道摩擦系数，d为所述液压管道的直径，l为所述液压管道的长度，ρ_oil为液压油的密度，c为液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时，液压油通过液压管道的流速。

在一些实施例中，步骤S200中，所述根据所述等效弹簧力获取等效刚度的步骤包括：

根据等效刚度计算公式计算等效刚度，并绘制等效刚度曲线，

所述等效刚度计算公式为：

式中，k为等效刚度，F_k为所述液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时对应的等效弹簧力。

其中，参见图4所示，等效刚度曲线表示被动补偿装置的活塞杆在伸出不同位移时的等效弹簧力，由此可通过等效刚度曲线获得等效刚度的变化规律，有效提升仿真结果相对于实际作业的准确性和可靠度，为实际吊装作业各个阶段提供更精准的被动补偿策略。

在一些实施例中，步骤S300中，所述根据所述等效阻尼力获取等效阻尼的步骤包括：

根据等效阻尼计算公式计算等效阻尼，并绘制等效阻尼曲线，

所述等效阻尼计算公式为：

式中，c为等效阻尼，F_c为所述液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时对应的等效阻尼力，为所述液压缸活塞杆的运动速度。

其中，参见图5所示，等效阻尼曲线表示活塞杆以不同的速度运动时产生的等效阻尼力，由此可通过等效阻尼曲线获得等效阻尼的变化规律，有效提升仿真结果相对于实际作业的准确性和可靠度，为实际吊装作业提供更精准的被动补偿策略。

在一种实施方式中，本发明的标定方法获得的等效弹簧阻尼系统模型可应用到海上吊装仿真整体模型中，为吊装作业整个过程分析提供被动补偿装置的等效弹簧阻尼系统模型。

第二，在一种实施方式中，本发明还提供一种上述的一种用于被动补偿装置的刚度阻尼标定方法的应用，包括：

将所述等效弹簧力及所述等效阻尼力输入至缆绳张力计算模型中，以调节所述缆绳的张力，

所述缆绳张力计算模型的力平衡方程为：

式中，m_D为所述被动补偿装置的质量，a_D为所述被动补偿装置的加速度，F_c为所述被动补偿装置的等效阻尼力，F_c'为F_c的反作用力，F_k为所述被动补偿装置的等效弹簧力，F_k'为F_k的反作用力，m_L为负载的质量，a'_L为负载在受到被动补偿装置影响时的加速度，F_V为负载受到的浮力，f为负载受到的水动力，g为重力加速度，T为缆绳张力。

具体的，在海洋工程吊装作业过程中，负载的力平衡方程可以表示为：

m_La_L+m_Lg+T+F_V+f＝0

式中，m_L为负载的质量，a_L为负载的加速度，g为重力加速度，T为缆绳张力，F_V为负载受到的浮力，f为负载受到的水动力。

由于本发明的便携集成式被动补偿装置设于缆绳末端与负载之间，将母船与负载的耦合运动有效分离，因此，将被动补偿装置的等效弹簧力与反作用力记为F_k、F_k'，等效阻尼力与反作用力记为F_c、F_c'，忽略被动补偿装置受到的水动力影响，则针对装置和负载可以得出上述缆绳张力计算模型的力平衡方程，利用被动补偿装置的等效弹簧力及等效阻尼力计算、分析缆绳张力。

第三，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法。

第四，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本领域的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (7)

1.一种用于被动补偿装置的刚度阻尼标定方法，其特征在于，包括：

将所述被动补偿装置等效为刚度阻尼系统；

将所述被动补偿装置中蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体作用于液压缸活塞上的力作为等效弹簧力，根据所述等效弹簧力获取等效刚度；

将所述被动补偿装置中液压油通过液压管道的压力损失与液压缸有杆腔的环面积的乘积作为等效阻尼力，根据所述等效阻尼力获取等效阻尼；

所述将所述被动补偿装置中蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体作用于液压缸活塞上的力作为等效弹簧力，根据所述等效弹簧力获取等效刚度的步骤包括：

获取液压缸活塞杆处于液压缸中位时，所述被动补偿装置中蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体对应各阶段的原始气体压力；

根据所述各阶段的原始气体压力，获取液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时，各阶段所对应的所述蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体的气体压力；

基于各阶段所对应的所述蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体的气体压力，获取液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时，各阶段对应的等效弹簧力；

所述基于各阶段所对应的所述蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体的气体压力，获取液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时，各阶段对应的等效弹簧力的步骤包括：

根据等效弹簧力公式获取等效弹簧力，所述等效弹簧力公式为：

式中，F_k为所述液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时对应的等效弹簧力，P_x为所述液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时，蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体对应的气体压力，A_p为所述液压缸有杆腔的环面积，A_rod为所述液压缸活塞杆的截面积，ρ为水的密度，h为液压缸活塞杆的端部所处的水下深度；

液压缸活塞杆处于液压缸中位时，所述被动补偿装置中蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体对应各阶段的原始气体压力的计算公式为：

式中，P₀为所述被动补偿装置中蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体对应各阶段的原始气体压力，m_air为负载在空中的质量，m_water为负载在水中的等效质量，A_p为所述液压缸有杆腔的环面积，A_rod为所述液压缸活塞杆的截面积，ρ为水的密度，h为液压缸活塞杆的端部所处的水下深度；

液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时，所述各阶段所对应的所述蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体的气体压力的计算公式如下：

式中，P_x为所述液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时，蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体对应的气体压力，P₀为所述被动补偿装置中蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体对应各阶段的原始气体压力，V₀为液压缸活塞杆处于液压缸中位时，所述被动补偿装置中蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体对应各阶段的原始总体积，V_gas为液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为0时，所述被动补偿装置中蓄能器、气瓶及两者之间气流通道内的气体对应各阶段的总体积，A_p为所述液压缸有杆腔的环面积，γ为绝热指数，γ为1.4~1.7。

2.根据权利要求1所述的一种用于被动补偿装置的刚度阻尼标定方法，其特征在于，所述将所述被动补偿装置中液压油通过液压管道的压力损失与液压缸有杆腔的环面积的乘积作为等效阻尼力，根据所述等效阻尼力获取等效阻尼的步骤包括：

获取液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时，液压油通过液压管道的流速；

基于所述流速确定液压管道摩擦系数；

基于所述流速、所述摩擦系数及所述液压管道的直径获取所述液压油通过液压管道的压力损失。

3.根据权利要求2所述的一种用于被动补偿装置的刚度阻尼标定方法，其特征在于，所述获取液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时，液压油通过液压管道的流速的步骤包括：

根据流速计算公式获取所述流速，所述流速计算公式为：

式中，c为液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时，液压油通过液压管道的流速，A_p为所述液压缸有杆腔的环面积，为所述液压缸活塞杆的运动速度；d为所述液压管道的直径；

和/或，所述基于所述流速确定液压管道摩擦系数的步骤包括：

根据所述流速计算对应的雷诺数，并根据所述雷诺数确定液压管道摩擦系数；所述液压管道摩擦系数的计算公式为：

式中，λ为液压管道摩擦系数，Re为雷诺数；

和/或，所述基于所述流速、所述摩擦系数及所述液压管道的直径获取所述液压油通过液压管道的压力损失的步骤包括：

根据压力损失公式计算所述液压油通过液压管道的压力损失，所述压力损失公式为：

式中，△p为所述被动补偿装置中液压油通过液压管道的压力损失，λ为液压管道摩擦系数，d为所述液压管道的直径，l为所述液压管道的长度，ρ_oil为液压油的密度，c为液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时，液压油通过液压管道的流速。

4.根据权利要求1所述的一种用于被动补偿装置的刚度阻尼标定方法，其特征在于，所述根据所述等效弹簧力获取等效刚度的步骤包括：

根据等效刚度计算公式计算等效刚度，并绘制等效刚度曲线，

所述等效刚度计算公式为：，

式中，k为等效刚度，F_k为所述液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时对应的等效弹簧力；

和/或，所述根据所述等效阻尼力获取等效阻尼的步骤包括：

根据等效阻尼计算公式计算等效阻尼，并绘制等效阻尼曲线，

所述等效阻尼计算公式为：，

式中，c为等效阻尼，F_c为所述液压缸活塞杆伸出于液压缸的长度为x时对应的等效阻尼力，为所述液压缸活塞杆的运动速度。

5.一种根据权利要求1至4任意一项所述的一种用于被动补偿装置的刚度阻尼标定方法的应用，其特征在于，包括：

将所述等效弹簧力及所述等效阻尼力输入至缆绳张力计算模型中，以调节所述缆绳的张力，

所述缆绳张力计算模型的力平衡方程为：

式中，m_D为所述被动补偿装置的质量，a_D为所述被动补偿装置的加速度，F_c为所述被动补偿装置的等效阻尼力，为F_c的反作用力，F_k为所述被动补偿装置的等效弹簧力，为F_k的反作用力，m_L为负载的质量，为负载在受到被动补偿装置影响时的加速度，F_V为负载受到的浮力，f为负载受到的水动力，g为重力加速度，T为缆绳张力。

6.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4中任意一项中所述的方法。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的方法。