以模式參考強健適應性控制實現多軸離岸風機登塔系統主動調平控制之研究

Abstract

離岸風機登塔系統可大幅提升施工與運維人員在運輸船舶與離岸風機之間移動的安全性。本篇論文提出一個四自由度的主動式補償機構，來補償端效器(end-effector)受波浪影響所產生的縱移(surge)位移、起伏(heave)位移、縱搖(pitch)角度以及橫搖(roll)角度，以及設計一模式參考強健適應性控制器(MRRAC)使施工運維人員立於登塔系統上依然維持一定的補償性能，避免人員的落海風險。 風機登塔系統的主動運動補償會透過機構動態模擬軟體(ADAMS)結合MATLAB/SIMULINK介面進行整合模擬，而實際實驗則以全尺實驗機台結合MATLAB/SIMULINK Desktop Real-Time介面完成，無論模擬或實驗都會在符合台灣海峽的浪況下進行空載與負載測試，來驗證登塔系統主動運動補償的有效性以及控制器的強健性。為了在模擬與實驗中執行登塔系統閉迴路控制，首先以變換矩陣建構順向運動學再經由逆向運動學求出各個子系統的補償目標。接著因本論文的登塔系統以電液伺服系統驅動，因此建立液壓伺服系統的數學模型以及機構的動力學模型來進行控制器的設計與整合模擬。藉由簡化液壓伺服系統與機構的非線性模型，可將強健適應性控制理論套用於簡化後的模型並設計出合適的模式參考強健適應性控制器。 透過整合模擬與實驗的結果可以推斷，本論文所提出的四軸登塔系統能有效減小端效器的縱移位移、起伏位移、縱搖角度以及橫搖角度，以及模式參考強健適應性控制器在多軸登塔系統的模擬與實驗中展現足夠的強健性，不論在空載或是負載條件下皆可維持相當的補償性能。