Unidades de referência de movimento (MRU)

O que uma MRU mede

Ela contém três acelerômetros e três giroscópios de velocidade angular, um de cada em cada eixo. Os giroscópios medem a velocidade de rotação da embarcação. Os acelerômetros medem a aceleração linear e a direção da gravidade, o que impede a deriva dos ângulos. Um processador combina esses dados e fornece:

• Ângulos: balanço e arfagem, medidos em relação à gravidade.
• Heave: deslocamento vertical em relação à posição média do ponto, além de velocidade e aceleração verticais.
• Velocidades angulares e acelerações nos três eixos, usadas diretamente por um controlador. Um sistema DP usa o balanço e a arfagem para corrigir suas referências de posição.

Uma MRU não sabe onde a embarcação está. O heave é medido em relação a um nível médio, não a uma altura absoluta. Em muitas unidades, a guinada é fornecida apenas como velocidade angular; a direção de incidência verdadeira vem de uma girobússola ou bússola GNSS. Unidades que acrescentam posicionamento GNSS são vendidas como sistemas de navegação inercial.

Os seis movimentos

Uma embarcação se move de seis maneiras: translada ao longo de três eixos e gira em torno desses mesmos eixos:

A resposta de uma embarcação a cada período de onda é descrita por seu operador de amplitude de resposta (RAO); veja movimentos da embarcação e RAOs.

Como uma MRU determina o heave

Uma MRU não possui sensor de altura. Ela mede a aceleração nos próprios eixos, usa o balanço e a arfagem para determinar a componente vertical a_z, e então remove a gravidade e integra duas vezes:

Um viés cresce rapidamente com essa dupla integração: apenas 0.001 m/s² se transforma em 1.8 m de heave aparente em um minuto (\tfrac{1}{2} b t^2). Por isso, o processador de heave aplica um filtro passa altas ao resultado. Ele mantém o movimento na frequência das ondas e remove a deriva lenta. O filtro tem um custo: perto da frequência de corte, em ondulações de longo período, o heave em tempo real perde parte da amplitude e se adianta ao movimento real. Para o controlador, ambos aparecem como movimento residual.

É por isso que a maioria das MRUs fornece duas saídas de heave:

Um controlador só pode usar dados de heave em tempo real. Ele precisa tanto da velocidade quanto da posição: um compensador ativo aciona seu guincho ou cilindro em sentido oposto à velocidade de heave, e a previsão do movimento futuro compensa o atraso do atuador.

Precisão típica

As fichas técnicas de diversos fabricantes apresentam valores semelhantes para unidades atuais de categoria intermediária e alta:

Com base em fichas técnicas públicas de 2020 a 2025. Unidades de categoria superior chegam a cerca de 0.008° e a 1 cm ou 1 % para o heave com atraso. São valores típicos; prevalecem a ficha técnica e as condições de ensaio da unidade escolhida.

Em um içamento, o erro do próprio sensor (5 %, portanto cerca de 10 cm para um heave de 2 m) raramente é o maior. Os erros maiores geralmente vêm de fora do sensor: braço de alavanca incorreto, instalação desalinhada ou sinal lido no ponto errado.

Instalação e braço de alavanca

A MRU informa o movimento do ponto em que está fixada. A ponta de uma grua a 30 m de distância se move muito mais, pois a rotação contribui para seu deslocamento: um grau de arfagem com a proa para cima eleva um ponto 30 m à frente em

Portanto, o controlador transfere o movimento do sensor O para a ponta da grua P, usando a velocidade angular da embarcação \boldsymbol{\omega} e o braço de alavanca \mathbf{r}_{OP} entre eles:

Essa relação vale para um ponto fixo ao casco. Quando a grua gira ou altera a inclinação da lança, a ponta também se move em relação ao casco, e o controlador acrescenta essa velocidade com base nos sensores de ângulo da própria grua. Um compensador de heave utiliza a componente vertical v_{P,z}. e muitas MRUs também podem fornecer o movimento em pontos remotos configurados com os mesmos deslocamentos. Em qualquer caso, a precisão depende da instalação:

• Instale-a perto do centro de rotação, em uma estrutura rígida, longe de motores e outras fontes de vibração.
• Alinhe-a com os eixos da embarcação e registre qualquer desvio de montagem: um sensor desalinhado informa balanço e arfagem em torno dos eixos errados e transfere o movimento para o ponto errado.
• Meça os deslocamentos entre a MRU e cada ponto que requer dados de movimento, e confira os sinais e as unidades no referencial do controlador.
• Planeje as falhas: uma segunda MRU e uma resposta definida para perda de sinal ou sinal implausível, antes do içamento, e não durante ele.

MRUs na compensação de heave

Em uma grua, a compensação ativa de heave, a MRU fornece o sinal de entrada. O controlador recebe o movimento em tempo real, transfere-o para a ponta da grua, faz uma previsão para compensar o atraso do atuador e aciona o guincho ou cilindro em oposição a esse movimento. A estabilidade da carga suspensa depende de toda a cadeia: precisão e latência da MRU, previsão e velocidade e força do atuador. O sensor, por si só, não mantém o gancho imóvel.

Um compensador passivo dispensa a MRU. Sua mola a gás responde à própria carga e isola a carga do heave da ponta da grua sem qualquer medição de movimento. ANTARES, nossa unidade passiva adaptativa, acrescenta controle automático do amortecimento por meio de seus próprios sensores, enquanto a sustentação da carga permanece passiva. VEGA, nosso compensador ativo em linha em desenvolvimento, combina o controle ativo do cilindro com base na MRU e o controle automático do amortecimento. A comparação entre compensação ativa e passiva explica quando cada uma é adequada.

IMU, VRU ou MRU

As designações se sobrepõem entre fabricantes, mas indicam quanto processamento a unidade realiza:

Para a compensação ativa, as saídas importam mais que a designação: heave em tempo real e sua velocidade, no ponto necessário ao controlador, com latência especificada.