[發明專利]應用于主動絞車升沉補償的預測控制方法及系統

在審

• 申請號: 202210024501.8
• 申請日: 2022-01-11
• 公開（公告）號: CN114499317A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 朱季童
• 申請（專利權）人: 浪潮云信息技術股份公司
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P21/18;H02P21/20;H02P21/22;H02P25/02;H02P27/12
• 代理公司: 濟南信達專利事務所有限公司 37100
• 代理人: 潘悅梅

1.應用于主動絞車升沉補償的預測控制方法，其特征在于基于外環位移控制器和內環速度控制器進行雙層控制，所述方法包括如下步驟：

以三相異步電動機動態數學模型為基礎，構建矢量變頻控制系統，內環速度控制器通過矢量變頻控制系統閉環控制電機轉速；

配置外環位移控制器的預測模型，所述預測模型用于以電機頻率為輸入、預測輸出大鉤位移；

構建并訓練外環位移控制器的平臺升沉預測模型，所述平臺升沉預測模型用于以平臺升沉運動數據為輸入、預測并輸出平臺升沉位移預測值；

以平臺升沉運動數據為參考輸入，以預測模型的輸出的大鉤位移為參考軌跡，將大鉤位移和平臺升沉位移相比較，通過求解QP問題獲得電機頻率的局部最優控制策略，并輸出電機頻率計算值；

基于所述電機頻率計算值，內環速度控制器通過矢量變頻控制系統閉環控制電機轉速。

2.根據權利要求1所述的應用于主動絞車升沉補償的預測控制方法，其特征在于所述矢量變頻控制系統的輸入量為電機的參考轉速n_ref和轉子磁鏈ψ_r，所述參考轉速n_ref采用雙閉環控制，外環為轉速PI調節器，內環為定子電流轉速分量PI調節器；轉子磁鏈ψ_r外環采用開環控制，其產生的定子電流勵磁分量由一個PI調節器實現閉環控制。

3.根據權利要求1所述的應用于主動絞車升沉補償的預測控制方法，其特征在于在變頻器性能理想的情況下，對于矢量變頻控制系統，電機電磁轉矩和轉速的關系式如下：

式中，T_n為變頻器輸入頻率,K為壓頻轉換系數，n_n為電機實際轉速，n_p為電機極對數，R′_r為轉子每相電阻。

4.根據權利要求1所述的應用于主動絞車升沉補償的預測控制方法，其特征在于外環位移控制器只是通過電機頻率控制大鉤運動，所述預測模型為鉆機起升系統模型，為非線性系統，所述非線性系統的離散狀態空間表達形式描述為：

所述非線性系統在工作點處線性化，得到線性系統的線性狀態空間表達式如下：

其中，A為3×3的矩陣，B為3×1的矩陣；

當前時刻系統狀態量為

當前時刻系統控制量為變頻器設定頻率f；

所述預測模型輸出為大鉤位移x_g。

5.根據權利要求1所述的應用于主動絞車升沉補償的預測控制方法，其特征在于基于P-M譜建立海浪譜描述形式，表示為：

式中，a＝0.0081，g為重力加速度，B參數由風速和海況等級決定；

基于線性疊加原理，得到海浪運動的表達式如下：

式中，a_i為第i個組成諧波的幅值，為(0,2π)之間的隨機值，表示隨機的初始相位

將區間等分成M段，每一段的增量為Δω_i＝ω_i-ω_i-1，將區間內的M個線性波疊加起來得到模擬的海浪運動波形；

基于上述方法建立平臺升沉運動預測模型，所述平臺升沉運動預測模型通過如下方法預測平臺升沉運動。

6.根據權利要求5所述的應用于主動絞車升沉補償的預測控制方法，其特征在于所述平臺升沉運動預測模型通過如下方法進行預測：

通過小波分解算法對獲取的海洋鉆機升沉運動數據進行處理，得到海洋鉆機升沉運動數據在一定分解尺度下的低頻序列和高頻序列；

構建并訓練各序列LSTM預測模型，通過所述各序列LSTM預測模型對分解得到的各序列數據進行特征學習；

對于各序列的LSTM預測模型輸出的預測結果，通過小波重構算法進行合并，得到平臺升沉運動的預測結果。