Development of an Active-Controlled Side Stone Dumping System for Taiwan Offshore Wind Farms

適用於臺灣離岸風場具主動運動補償控制之側向落管系統研究

陳柏延(Bo-Yen Chen) ； 江茂雄(Mao-Hsiung Chiang) ； 陳義男(Yih-Nan Chen) ； 黃俊家(Chun-Chia Huang)

《中國機械工程學刊》 38卷6期 (2017/12) Pp. 569-577

摘要

The objective of the research is to develop an active-controlled side stone dumping system (SSDS) for Taiwan offshore wind farms. The mechanism design is developed for the special operation sea condition in Taiwan Strait with the nominal wave height of 1 m. The specifications of the active-controlled side stone dumping system can then be defined. The design of mechanism, analysis of kinematics and inverse kinematics, path planning, active controller design and hydraulic servo system design are implemented for the proposed active-controlled side stone dumping system. The complex dynamic simulation analysis that combines ADAMS and MATLAB/SIMUINK can be performed. Therefore, the proposed active compensation for the SSDS can be verified under different wave conditions.

關鍵字

side stone dumping system ； offshore wind turbine ； active-controlled ； motion compensation

並列摘要

本研究旨在發展離岸風電精準拋石船機系統技術所需之側向落管系統開發，歐洲廠家之系統是針對北海及波羅地海之海況而設計，未必適合台灣海峽之離岸風場海況，因此本研究針對我國離岸風場之台灣海峽之海況，設計適合國內專用之離岸風電精準拋石船機系統技術所需之側向落管系統，包含運動模擬分析、機構規劃設計、正逆向運動學分析、液壓系統設計和控制器設計。首先，依有義波高1 m 海況之運動模式進行運動模擬，並配合船舶甲板空間及作業程序進行機構設計，依離岸風場之台灣海峽之海況，由財團法人船舶及海洋產業研中心設計設計船舶並提供不同波浪下船舶之運動模式，據此設計離岸風電精準拋石船機系統技術所需之側向落管系統。液壓系統之設計及控制為側向落管系統減低船側運動效能最重要之一環，本文設計側向落管系統之液壓系統及以MATLAB/SIMULINK 建立液壓系統動態模式，同時以ADAMS 進行側向落管系統機構動態建模，最終以ADAMS 結合MATLAB/ SIMULINK 進行複雜3D 動態機構及控制系統模擬分析。針對不同波浪入流角度、波高及週期進行橫搖(roll)、垂向位移(Heave)、以及縱搖(Pitch)三軸同時閉迴路主動補償控制，以即時補償船體因波浪晃動而造成落管端點之偏移，研究結果顯示，本文所發展之具橫搖、垂向位移、以及縱搖三軸主動補償控制之側向落管系統，可有效並大幅減低落管端點之偏移。