一种面向海洋浮式结构的硬件在环测试系统与测试方法

本申请涉及浮式结构测试，例如涉及一种面向海洋浮式结构的硬件在环测试系统与测试方法。

背景技术：

1、波浪具有随机性、时变性和空间传播特性。对于由左前、右前、左后和右后四个等效浮体承载的海洋浮式结构而言，各等效浮体受到的波浪激励在幅值和相位上存在差异；四个等效浮体的垂向运动经四组悬架共同作用于作业主体，使作业主体产生垂荡、纵摇和横摇响应。

2、现有海洋浮式结构的控制方案通常先通过数值仿真验证，再通过水池试验验证。单纯数值仿真难以完整计入执行机构带宽与延迟、摩擦、机械间隙、传感器噪声、通信延迟和安装误差。此外，造波水池虽能提供真实流体环境，但建设和运行成本高、试验周期长、计算量大、海况切换与重复复现不便，不适合控制器开发阶段的大量重复试验。

3、传统四通道垂向激励试验台通常直接回放预设波形，平台指令不能随作业主体垂向合力和状态实时改变，因而不能形成波浪环境、等效浮体响应、实物悬架和主动控制之间的真实交互。海洋浮式结构的作业主体具有垂荡、纵摇和横摇运动，四个独立等效浮体则分别具有垂向运动；若不同时描述上部平台三自由度、四个等效浮体垂向自由度及四组悬架的输出力，就难以正确获得四个独立激励平台的实时目标位移。

4、此外，传统的测试系统会发生速度跟踪不足，进而导致辐射阻尼力偏差持续影响水动力仿真效果。

5、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键／重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

2、本公开实施例提供了一种面向海洋浮式结构的硬件在环测试方法，用以解决传统模拟失真、计算负担大、水动力仿真受影响的问题。

3、在一些实施例中，所述一种面向海洋浮式结构的硬件在环测试方法，应用于一种面向海洋浮式结构的硬件在环测试系统，所述测试系统包括：作业主体和连接于所述作业主体的四个激励装置，所述激励装置能够为所述作业主体提供垂向位移激励；所述测试方法包括：s10，构建关于所述作业主体和各所述独立激励平台的七自由度动力学模型；s20，构建辐射阻尼力，并将各个等效浮体的辐射阻尼记忆核表示为多个稳定指数项数之和，得到近似后的辐射阻尼力；s30，根据近似后的辐射阻尼力、所述独立激励平台的虚拟目标位移和实测速度，表示各所述等效浮体的近似后的虚拟辐射记忆状态和近似后的实测运动重构辐射记忆状态；s40，获取每个所述等效浮体的水动力参数、波浪激励力和作业主体的状态参数，并结合所述七自由度动力学模型和近似后的实测运动重构辐射记忆状态，计算各所述等效浮体的垂向加速度；s50，结合各所述独立激励平台的位移偏差、辐射记忆状态偏差、实测速度相对于虚拟目标速度的速度差，得到位移偏差和辐射记忆状态偏差的变化方程； s60，基于完成速度跟踪偏差的状态恢复时长，对位移偏差和辐射记忆状态偏差的变化方程进行积分，得到位置偏差和辐射记忆状态偏差；将所述位置偏差和所述辐射记忆状态偏差转化连续积分形式，对所述连续积分形式离散化，得到离散累积求和形式；s70，构建关于每个独立激励平台的目标函数，在满足速度约束和终端约束的情况下最小化所述目标函数，求解得到期望速度补偿量序列；根据所述期望速度补偿量序列和所述等效浮体的垂向加速度，计算目标位移；s80，控制每个独立激励平台移动对应的目标位移。

4、在一些实施例中，所述一种面向海洋浮式结构的硬件在环测试系统，适用于前述的一种面向海洋浮式结构的硬件在环测试方法；所述测试系统包括：作业主体，两侧对称设置四个连接位置；四个激励装置，分别连接于四个所述连接位置；其中，每个所述激励装置均包括：独立激励平台，用于提供承载基准和垂向位移激励；等效浮体，设置于相对应的独立激励平台的顶部；自由度释放机构，设置于所述等效浮体顶部，并能够通过弹簧沿x、y轴释放自由度；双叉臂结构，连接于所述自由度释放机构的顶部和所述作业主体的侧面之间；悬架，连接于所述双叉臂结构的底部与所述作业主体的侧面之间。

5、本公开实施例提供的一种面向海洋浮式结构的硬件在环测试系统与测试方法，可以实现以下技术效果：

6、1. 与传统的预设位移四通道试验台相比，本发明不是简单回放波面位移，而是把静水恢复刚度、附加质量、辐射阻尼记忆效应、波浪激励力共同用于台架位移计算，能够更真实地模拟船舶在水中的运动响应，准确复现作业主体垂荡、纵摇、横摇和四个等效浮体的独立垂向运动；

7、2. 将辐射阻尼记忆核近似为有限个稳定指数项，将需要保存全部历史速度并重复执行的长时卷积运算转化为有限维记忆状态计算，解决了长时间硬件在环试验中历史数据持续增加、卷积计算量不断增长的问题；

8、3. 建立位移回收-辐射记忆重整双约束补偿，通过期望速度补偿量的普通积分约束消除独立激励位移偏差，并通过期望速度补偿量的指数加权积分约束恢复各项辐射记忆状态；其中，零净位移的辐射记忆重整速度分量能够在不改变补偿终端位移的条件下校正辐射记忆状态。在硬件约束允许的条件下，可使独立激励平台位移、速度及辐射记忆状态重新与理论状态一致，避免偶发速度跟踪不足导致的辐射阻尼力偏差持续影响后续水动力仿真。

9、以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

1.一种面向海洋浮式结构的硬件在环测试方法，其特征在于，应用于一种面向海洋浮式结构的硬件在环测试系统，所述测试系统包括：作业主体和连接于所述作业主体的四个激励装置，所述激励装置能够为所述作业主体提供垂向位移激励；所述激励装置包括：相对应的独立激励平台和等效浮体；

2.根据权利要求1所述的一种面向海洋浮式结构的硬件在环测试方法，其特征在于，所述s10包括：

3.根据权利要求2所述的一种面向海洋浮式结构的硬件在环测试方法，其特征在于，所述s20包括：

4.根据权利要求1所述的一种面向海洋浮式结构的硬件在环测试方法，其特征在于，所述s30包括：

5.根据权利要求2所述的一种面向海洋浮式结构的硬件在环测试方法，其特征在于，所述s40包括：

6.根据权利要求4所述的一种面向海洋浮式结构的硬件在环测试方法，其特征在于，所述s50包括：

7.根据权利要求6所述的一种面向海洋浮式结构的硬件在环测试方法，其特征在于，所述s60包括：

8.根据权利要求1至7中任一项所述的一种面向海洋浮式结构的硬件在环测试方法，其特征在于，所述s70包括：

9.一种面向海洋浮式结构的硬件在环测试系统，其特征在于，适用于权利要求1至8中任一项所述的一种面向海洋浮式结构的硬件在环测试方法；所述测试系统包括：

10.根据权利要求9所述的一种面向海洋浮式结构的硬件在环测试系统，其特征在于，所述自由度释放机构包括：