Sensoren som forteller kranen hva sjøen nettopp gjorde — seks frihetsgrader i sanntid.
Bevegelsesreferanseenheter (MRU)
Hva en MRU måler i de seks frihetsgradene, hvordan aktive og passive systemer bruker signalet forskjellig, og hvilke krav som gjelder for montering og kalibrering.
Av Norwegian Dynamics Engineering · · Faglig gjennomgått · 5 min lesetid
Hva er en MRU?
En bevegelsesreferanseenhet (MRU) er en treghetssensor som måler fartøyets bevegelser i alle seks frihetsgrader: langskipsbevegelse, tverrskipsbevegelse og hiv (translasjoner), samt rulling, stamping og giring (rotasjoner). Ved offshoreløft leverer MRU-en hivsignalet i sanntid som systemer for aktiv hivkompensering (AHC) bruker til å styre kompensasjonsvinsjen.
Praktisk anvendelse: bevegelsesdata går direkte inn i løfteanalyser og styring av kompensatoren: se ingeniørstudier og analyser og ANTARES adaptiv PHC.
Moderne MRU-er kombinerer akselerometre og gyroskoper (vanligvis MEMS-baserte eller fiberoptiske) med digital signalbehandling for å skille reell hivbevegelse fra sensorstøy og langsiktig drift. Viktige utvalgsparametere omfatter angitt hivnøyaktighet og betingelsene den er definert for, latens og utgangsfrekvens, anvendelig periodeområde, støttesignaler og grensesnitt, alt hentet fra det gjeldende databladet for valgt enhet.
Vanlige produsenter av MRU-er er Kongsberg (Seatex MRU-serien), iXblue og SMC. MRU-en monteres på eller nær kranfundamentet for å måle bevegelsene ved det aktuelle punktet.
De seks frihetsgradene — hva MRU-en måler
Tre translasjoner og tre rotasjoner beskriver alle bevegelsene et fartøy gjør i sjøgang. MRU-en registrerer alle seks, og ved løft er det hivkanalen reguleringssløyfen baserer seg på:
Denne sløyfen er grunnlaget for aktiv hivkompensering. En passiv hivkompensator trenger ikke noe av dette (den reagerer mekanisk), og ANTARES adaptiv PHC bruker sensortilbakemelding kun til å optimalisere egne innstillinger.
MRU i aktive og passive systemer
Aktiv hivkompensering (AHC): MRU-en er avgjørende — den leverer det foroverkoblede hivsignalet som styresystemet bruker til å drive vinsjmotoren eller hydraulikksylinderen i motfase med fartøyets bevegelse. Uten en nøyaktig MRU kan AHC ikke fungere. MRU-signalet behandles med et Kalman-filter eller en tilsvarende algoritme for å predikere hivbevegelsen ett eller to målepunkter frem, slik at styresystemet rekker å reagere.
Passiv hivkompensering (PHC): En standard PHC krever ikke en MRU; den reagerer mekanisk på lastendringer gjennom gassfjærens dynamikk. Enkelte avanserte passive systemer bruker imidlertid MRU-data til overvåking og ytelsesverifikasjon. ANTARES adaptiv PHC bruker sensortilbakemelding til automatisk dempingsregulering, mens lastbæringen forblir passiv — en annen mekanisme enn MRU-styrt aktiv regulering, uten kompleksiteten til et AHC-system.
IMU, VRU eller MRU — hva er hva
| Sensor | Måler | Utgangssignaler | Tilstrekkelig for AHC? |
|---|---|---|---|
| IMU | Rå akselerasjoner og vinkelhastigheter | Ubehandlede treghetsdata | Nei — krever ekstern behandling |
| VRU | IMU + orienteringsberegning | Rulling og stamping relativt til vertikalen | Ikke alene — mangler behandlet hivsignal |
| MRU | Alle seks frihetsgrader med integrert DSP | Hiv, rulling, stamping (og mer) i sanntid, korrigert for drift | Ja — dette er inngangssignalet til AHC |
Hivkanalen er den krevende delen: Å skille reell bevegelse med bølgeperioden fra sensorstøy og langsiktig drift er formålet med signalbehandlingen i MRU-en (og etterfølgende Kalman-filtrering).
Installasjon og kalibrering
Riktig installasjon av MRU-en er avgjørende for ytelsen til AHC. Viktige hensyn:
- Plassering: Monter på eller nær kranfundamentet. Montering langt fra kranen medfører momentarmfeil fordi rulling og stamping gir ulik hivbevegelse på forskjellige steder på fartøyet.
- Innretting: MRU-aksene må innrettes etter fartøyets koordinatsystem. Feil innretting gir krysskoblingsfeil der rullebevegelsen forstyrrer hivsignalet.
- Kalibrering: Førstegangskalibreringen fastsetter sensorforskyvninger og skalafaktorer. Enkelte MRU-er selvkalibrerer ved hjelp av GNSS-støtte.
- Redundans: Kritiske AHC-systemer bruker ofte to redundante MRU-er for å opprettholde driften dersom én sensor svikter.
For valg av kompensator, bidrar kunnskap om hvorvidt kransystemet har en MRU (og hvilke spesifikasjoner den har) til å avgjøre om en aktiv, passiv eller adaptiv passiv løsning passer best.
Ofte stilte spørsmål om bevegelsesreferanseenheter
Hva er en bevegelsesreferanseenhet (MRU)?
Hva er forskjellen mellom en IMU, en VRU og en MRU?
Trenger passiv hivkompensering en MRU?
Hvor skal en MRU monteres?
Hvor nøyaktig er en MRU?
Relatert hos Norwegian Dynamics
- Aktiv hivkompensering — Integrert AHC, MRU-inngang, hydraulisk aktivering og hvor AHC passer inn.
- Fartøysbevegelser — Hvordan fartøyets respons-RAO bestemmer bevegelsen til krantuppen.
- Slik fungerer aktiv hivkompensering — Reguleringssløyfe, MRU-inngang og aktiveringskjede.
Skal bevegelsesdata omsettes til en løftebeslutning?
MRU-plassering og AHC-innstilling er tett koblet. Hvis du planlegger et system, oppgi fartøyet, så gir vi råd.
