GEOMAR Technologie Heave-Kompensation für Winden

Im Simulations-Programm wird ein komplexes Feder-Masse-System aufgebaut, bei dem man ein Modell für das Schwing- und Zeitverhalten des Kabels erhält; die Federkonstante wurde über die Angaben des Datenblatts ermittelt. Für das System werden Dämpfungs- und Anregungseinflüsse sowie weitere Effekte simuliert, die in den Regelkreislauf einfliessen.

Für den Dämpfungsgrad wurde eine viskose Reibung nach Newton vorausgesetzt. Es bestehen zwei voneinander unabhängige Dämpfungseffekte, die das Programm berücksichtigt. Es wirkt eine Kraft zwischen dem Wasser und dem Kabel, welches eine Dämpfung von aussen darstellt. Zusätzlich wirkt eine Reibungskraft innerhalb des Kabels, welche eine Dämpfung im Kabel selbst darstellt.

Das Programm berechnet die Vertikalbewegung eines schiffsfesten Punktes, wenn das Schiff Tauch- und Stampfbewegungen macht. Dazu wird aus der vorgegebenen Wellenhöhe und der Modalperiode des Seegangs das langkämmige Seegangsspektrum berechnet. Die Übertragungsfunktionen für die Tauch- und Stampfbewegung werden abhängig vom Verhältnis Wellenlänge-Schiffslänge eingelesen. Sie sind von der Schiffsgrösse unabhängig und können als Näherung bei langsamer Fahrt voraus gegen die See angesehen werden. Aus Übertragungsfunktion und Seegangsspektrum wird für mehrere Wellenfrequenzen das Spektrum der Vertikalbewegung eines Kabel-Punktes bestimmt. Dann werden die Standardabweichungen der Verschiebung, der Geschwindigkeit und der Beschleunigung berechnet. Für die Simulation wird die Zeitfunktion der Vertikalbewegung mit Schwingungen überlagert.
Bei Programmstart wird der Seegang von 6 Minuten mit Zeitabständen von 0.01 Sekunden berechnet. Für die Anregung des Kabels wird angenommen, dass die am Schiff befestigte Komponente eine Spannkraft erfährt, die sie an das System weitergibt. Die Anregung wird in alle Bewegungsabläufe mit eingerechnet. Zusätzlich kann auch der Wert für eine Kompensationseinrichtung übergeben werden, die dem Seegang entgegenwirkt.

Der simulierte Meeresboden hat einen Zufallsverlauf und eine Steigung von maximal 10%. Im Programm werden entsprechend Täler und Hügel als simulierte Topographie nachgebildet.

Die Regelstrecke besitzt folgende Eigenschaften:

• die Strecke ist mathematisch schwer beschreibbar,
• mehrere Eingangssignale müssen verarbeitet und miteinander verknüpft werden,
• die Streckenparameter ändern sich ständig durch das veränderte Einsatzgewicht der Plattform und der Wassertiefe.

Nach der Startinitialisierung wird das Programm in einer Endlosschleife durchlaufen, die nur durch die Interruptroutine unterbrochen wird. Bei jedem Durchlauf werden die Funktionen für die Tasterabfrage und LED-Anzeige aufgerufen. Der Regler kann während des Betriebes Zusatzfunktionen, wie Änderung eines Verstärkungsfaktors oder Anzeige der Eingangswerte, durchführen. Verändert sich die Timer-Variable, werden zusätzlich zur Ermittlung der Eingangswerte die Hebe- und Senkgeschwindigkeit des Schiffs, der Regler und die Ausgaberoutine aufgerufen.