[發明專利]針對海洋柔性立管系統的魯棒自適應三維振動抑制方法

有效

• 申請號: 201810670547.0
• 申請日: 2018-06-26
• 公開（公告）號: CN108729862B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 趙志甲;肖穎;張潤成;廖永健;馬永浩;韋蘊珊
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: E21B17/01
• 分類號: E21B17/01;E21B17/10
• 代理公司: 44202 廣州三環專利商標代理有限公司
• 代理人: 顏希文;麥小嬋

1.一種針對海洋柔性立管系統的魯棒自適應三維振動抑制方法，其特征在于，包括：

建立海洋柔性立管系統的三維動力學模型；

根據所述三維動力學模型，設計魯棒自適應邊界控制器；其中，所述三維動力學模型用于分析所述海洋柔性立管系統；

獲得所述海洋柔性立管系統的實時參數；

根據所述魯棒自適應邊界控制器和所述實時參數，向驅動裝置發送控制命令，以使所述驅動裝置對柔性立管施加作用力，以抑制立管振動。

2.根據權利要求1所述的針對海洋柔性立管系統的魯棒自適應 三維振動抑制方法，其特征在于，所述海洋柔性立管系統的三維動力學模型包括：立管的動能、勢能、作用在立管上的總功、控制方程和邊界條件；

其中，定義L為立管的長度，x(s，t)，y(s，t)和z(s，t)分別為X，Y，Z方向上在t時刻的橫向、縱向和軸向偏移量，s和t分別為位移和時間變量；d_x(t)、d_y(t)、d_z(t)分別為在X、Y、Z方向上位于頂部有效載荷的未知時變邊界擾動；f_x(t)、f_y(t)、f_z(t)分別為在X、Y、Z方向上沿著立管的未知分布式海流負載；u_x(t)、u_y(t)、u_z(t)分別為在X、Y、Z方向上位于立管頂部有效載荷的控制器的控制輸入；

則所述立管的E_k(t)動能為：

其中，M為有效載荷的質量；ρ為柔性海洋立管的密度；

所述勢能E_p(t)為：

其中，EA為立管軸向剛度，T為拉力；

所述作用在立管上的總功δW(t)為：δW(t)＝δW_f+δW_m(t)；其中，δW_f為外界干擾和時變洋流對立管所做虛功；δW_m(t)為控制器對柔性立管系統做的虛功；

當時，所述邊界條件為：

x(0，t)＝y(0，t)＝z(0，t)＝0；

x″(0，t)＝y″(0，t)＝z″(0，t)＝0；

x″(L，t)＝y″(L，t)＝z″(L，t)＝0；

3.根據權利要求2所述的針對海洋柔性立管系統的魯棒自適應 三維振動抑制方法，其特征在于，所述魯棒自適應邊界控制器使用以下控制律：

其中，是參數M的估計值，定義為估計誤差，則自適應更新律為：

γ，ξ為正常數。

4.根據權利要求3所述的針對海洋柔性立管系統的魯棒自適應 三維振動抑制方法，其特征在于，在所述根據所述三維動力學模型，設計魯棒自適應邊界控制器之后，還包括：

通過Lyapunov函數，驗證所述魯棒自適應邊界控制器的穩定性。

5.根據權利要求4所述的針對海洋柔性立管系統的魯棒自適應 三維振動抑制方法，其特征在于，所述通過Lyapunov函數，驗證所述魯棒自適應邊界控制器的穩定性，具體為：

定義Lyapunov函數

其中，V(t)＝V₁(t)+V₂(t)+V₃(t)，V₁(t)為能量項，V₂(t)為交叉項，V₃(t)為附加項；

α，β是正常數；

則通過驗證以下不等式來確定所述魯棒自適應邊界控制器的穩定性：

其中，

Lyapunov函數對時間的導數有以下上界公式：

6.根據權利要求3所述的針對海洋柔性立管系統的魯棒自適應 三維振動抑制方法，其特征在于，所述獲得所述海洋柔性立管系統的實時參數，具體為：

獲取立管頂端的激光位移傳感器測量的x(L，t)，y(L，t)，z(L，t)；

獲取傾角計測量的x′(L，t)，y′(L，t)，z′(L，t)；

獲取加速度計測量的

對x(L，t)，y(L，t)，z(L，t)進行后向差分算法計算得到：