测量波浪并反向驱动，同时明确其功率代价。
主动升沉补偿
主动升沉补偿的工作原理、现有类型及运行成本。对于水下作业，通常并不需要主动升沉补偿：它适用于尺寸和附加质量有限的轻型负载，而对大多数吊装，被动装置已经足够且成本更低。
作者： Peter Wang，首席运营官 · · 审核于 · 阅读时长9分钟
实际应用： 当全主动控制超过吊装需求时，自适应阻尼可填补两者之间的空档，参见 ANTARES 自适应 PHC 和 工程研究与分析.
主动升沉补偿 (AHC) 是一种在海上作业期间减少悬挂于起重机或绞车上的负载垂向运动的方法。不同于 被动升沉补偿，后者依靠机械弹簧阻尼系统，而主动升沉补偿采用由传感器和算法控制的动力液压或电动执行机构，主动抵消波浪引起的运动。
AHC 系统常用于恶劣海况下的水下施工、铺管、ROV 布放、深水钻井和重型吊装作业。
主动升沉补偿如何工作？
主动升沉补偿器至少包括：
- 带位置测量的执行机构，可以是直线式（如液压缸）或旋转式（如绞车）。
- 运动参考单元 (MRU)：对于串联式 AHC，可安装在 AHC 上；对于集成式 AHC，则可安装在船舶上。
- 某种能够操纵执行机构位置、且响应速度足以跟随船舶运动的装置（如液压马达）。
启用主动模式后，控制器指令执行机构减小负载相对于固定参考的运动。残余运动始终存在，传感与控制延迟、带宽、行程、力和功率限制以及负载耦合动力学共同限定了控制回路能够消除的运动。
补偿性能取决于具体工况和频率：实际残余运动取决于输入信号、负载、可用行程和力以及控制限制。引用补偿率时，必须同时说明测量方法和测量位置。
AHC 的主要类型
主动升沉补偿器有多种类型。下表比较了主要类型及其适用工况：
| AHC 类型 | 集成方式 | 项目核查项 |
|---|---|---|
| 电动旋转式（绞车） | 绞车驱动 | 转矩、速度、热工况、功率和能量回馈 |
| 液压旋转式（绞车） | 绞车驱动 | 力、流量、HPU/蓄能器容量、发热和控制带宽 |
| 甲板滑轮式 | 现有起重机/载荷路径 | 甲板集成、穿绳、行程、力和故障状态 |
| 水上串联式 | 吊钩上方载荷路径 | 净空、悬挂质量、行程、功率和控制 |
| 水下串联式 | 水下载荷路径 | 额定水深、本地传感/控制、能源、回收和维护 |
不能仅根据负载质量选择架构。应比较完整的力–行程–速度包络、工作循环、电源、安装方式和故障状态设计依据。
主动与被动升沉补偿
| 特性 | 主动 (AHC) | 被动 (PHC) |
|---|---|---|
| 能源 | 通常为外部电源 (HPU)；ND 正在开发的 VEGA 采用电池运行，无需脐带缆 | 自容式（气弹簧） |
| 运动/载荷响应 | 取决于具体项目；定义参考基准，并验证残余运动、载荷响应、带宽和执行机构限制 | 取决于具体项目；验证被动力–行程–频率响应和可用行程 |
| 复杂性 | 高 | 低 |
| 成本 | 较高 | 较低 |
| 最适用于 | 精确定位、铺管 | 浪溅区、水下就位 |
被动、自适应被动和主动架构具有不同的力、行程、带宽、功率和集成包络。应基于相同的项目运动和载荷条件进行比较；任何性能百分比都不能从一个系统或吊装工况直接套用于另一个。
能耗是多少？
本理想化示例考虑由串联式 AHC 在空气中补偿的 100 t 负载。执行机构在十小时内跟随振幅 1 m、周期 10 s 的正弦位移。
- 运动： S(t) = ζ cos(ωt)，其中 ζ = 1 m、T = 10 s，且 ω = 2π/T。因此 Ṡ(t) = −ζω sin(ωt)。
- 气弹簧： 气油比 R = 10，最大行程 Smax = 4 m 且 γ = 1.4，这是本简化筛选计算所采用的理想绝热氮气假设。
- 能量约定： ηdrive = 0.90 为电池至执行机构的驱动效率；ηregen = 0.50 为返回电池的负机械功比例。
- 持续时间： τ = 10 h = 3,600 个循环。不计摩擦、辅助设备、真实气体特性以及泵、电机和电池的详细特性图。
将执行机构机械功率定义为 P(t) = F(t)Ṡ(t)。正功率为驱动功；负功率为可用于能量回馈的能量。两者必须分别积分：
相对于中间行程支承力，理想化气弹簧执行机构力为：
其中：
数值积分得到每个循环的正驱动功为 36.16 kJ，可用返回功为 36.16 kJ。经 3,600 个循环：
电池能量平衡对各自能量路径采用给定效率：
执行机构峰值机械功率为 11.6 kW。该结果是理想化筛选值，而非电池容量设计值；项目计算还应包括摩擦、液压和电气损耗、辅助设备、控制工况、真实气体特性、储备裕量和实际不规则运动谱。
三行概述能量预算
- 工况。 空气中 100 t 负载，正弦运动 zeta 等于 1 米，周期 T 为 10 秒；串联式 AHC，参数为 气体比 R 等于 10，最大行程 S max 等于 4 米，绝热氮气指数 gamma 等于 1.4。其中 驱动效率 eta drive 等于 0.90 为电池至执行机构的驱动效率， 回馈效率 eta regen 等于 0.50 为返回电池的负机械功比例。
- 物理量。 十小时内，正驱动功和可用返回功均为 130.2 MJ （每个循环均为 36.16 kJ）。执行机构峰值机械功率为 11.6 kW.
- 结果。 电池能量等于驱动功除以驱动效率，再减去回馈效率乘以返回功；结果为 79.6 兆焦，即 22.1 千瓦时.
这是采用明确气体和效率约定的理想化筛选计算。摩擦、液压损耗、真实气体特性以及完整的泵/电机/电池特性图可进一步细化计算；该项目模型属于 CONSTELLATION 研究.
何时选择 AHC 或 PHC
以下情况选择主动升沉补偿：
- 项目规定了残余运动或载荷响应目标，且经工况分析，被动方案无法满足该目标
- 作业涉及精确的水下定位
- 需要长时间连续补偿
- 船舶已有可用的 HPU
以下情况选择被动升沉补偿：
- 主要关注浪溅区穿越
- 优先考虑成本和简易性
- 升沉补偿器需要采用自容式设计
- 主要要求是冲击吸收
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主动升沉补偿常见问题
什么是主动升沉补偿？
主动升沉补偿器如何工作？
主动升沉补偿的效率如何？
AHC 的能耗是多少？
何时应选择主动补偿而非被动补偿？
正在评估适用于您作业的主动补偿？
AHC、被动阻尼和自适应被动控制分别适用于不同的力、行程、运动、功率和集成包络。请提供项目目标、海况和约束条件，我们将基于相同条件比较各种架构。
