[發(fā)明專利]一種海洋柔性立管的多約束自適應控制方法

有效

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• 申請日: 2022-07-13
• 公開（公告）號: CN114895570B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設計）人: 萬敏;周莉;劉清友;王國榮;張強;劉忠華
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 成都云縱知識產權代理事務所(普通合伙) 51316
• 代理人: 伍星;劉沙粒

本發(fā)明公開了一種海洋柔性立管的多約束自適應控制方法，包括建模、得到控制方程，確定邊界條件；建立包含輸入飽和模型的邊界控制律；建立與邊界控制律相關的穩(wěn)定輔助系統(tǒng)；建立海洋柔性立管系統(tǒng)的多約束自適應控制律；通過多約束自適應控制律，求解穩(wěn)定輔助系統(tǒng)、并求解邊界控制律；獲取海洋柔性立管系統(tǒng)的實際振動偏移量，將實際振動偏移量代入求解后的邊界控制律，對海洋柔性立管進行控制。本發(fā)明提供一種海洋柔性立管的多約束自適應控制方法，以解決現有技術中對柔性立管控制的局限性問題，實現對同時具有輸入飽和非線性約束、輸出狀態(tài)量約束、未知結構參數以及未知環(huán)境擾動的海洋柔性立管的多約束自適應控制的目的。

技術領域

本發(fā)明涉及海洋油氣開采領域，具體涉及一種海洋柔性立管的多約束自適應控制方法。

背景技術

隨著海洋油氣開采力度逐步加強，海洋油氣開發(fā)環(huán)節(jié)中所需解決的技術難題也越來越多。在深水油氣開采過程中，柔性立管是連接海底油井和浮式油氣生產平臺的紐帶。由于作業(yè)環(huán)境惡劣，海洋柔性立管會受到海洋中各種環(huán)境載荷和自身彈性特性的影響，導致立管變形和振動，影響生產立管的性能，導致疲勞失效。嚴重時甚至可能造成油氣泄漏，對海洋環(huán)境造成不可逆轉的破壞。因此，研究有效的柔性立管振動控制策略以抑制柔性隔水管的振動，防止其疲勞損傷具有重要的意義和必要性。

在實際海洋柔性隔水管系統(tǒng)中，經常存在輸入非線性、系統(tǒng)參數不確定性等問題。由于系統(tǒng)自身的物理特性限制所造成的執(zhí)行機構輸入非線性幾乎不可能被消除，尤其是輸入飽和。這些非線性和不確定性往往會導致系統(tǒng)性能的惡化。忽略系統(tǒng)的輸入飽和問題，可能造成系統(tǒng)發(fā)散不穩(wěn)定，從而導致整個系統(tǒng)崩潰。此外，輸出約束也會對系統(tǒng)性能產生重大影響。立管系統(tǒng)需要與海面生產平臺相連接，當立管系統(tǒng)尤其是其頂端處存在大幅度振動位移時，將會使得立管與海面船艦連接處的角度過大，這將很容易致使其在連接口處發(fā)生磨損甚至斷裂。

事實上，在海洋油氣開采運輸過程中，輸入、輸出約束通常都不是單獨出現的，并且立管系統(tǒng)的結構參數、所受的擾動通常也都是未知的，多重限制條件以及不確定因素的同時存在將會使得對立管系統(tǒng)的控制難度大幅度增加，故現有技術中單獨考慮輸入飽和約束、輸出約束、參數不確定、模型不確定等問題而提出的控制方案顯然具有明顯局限。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供一種海洋柔性立管的多約束自適應控制方法，以解決現有技術中對柔性立管控制的局限性問題，實現對同時具有輸入飽和非線性約束、輸出狀態(tài)量約束、未知結構參數以及未知環(huán)境擾動的海洋柔性立管的多約束自適應控制的目的。

本發(fā)明通過下述技術方案實現：

一種海洋柔性立管的多約束自適應控制方法，包括：

對海洋柔性立管建模、得到海洋柔性立管系統(tǒng)的控制方程，確定海洋柔性立管系統(tǒng)的邊界條件；

建立包含輸入飽和模型的邊界控制律；

建立與所述邊界控制律相關的穩(wěn)定輔助系統(tǒng)，所述穩(wěn)定輔助系統(tǒng)用于輸出穩(wěn)定的控制信號；

基于自適應反演方法，建立海洋柔性立管系統(tǒng)的多約束自適應控制律，并驗證系統(tǒng)穩(wěn)定有界；

通過所述多約束自適應控制律，求解所述穩(wěn)定輔助系統(tǒng)、并求解所述邊界控制律；

獲取海洋柔性立管系統(tǒng)的實際振動偏移量，將所述實際振動偏移量代入求解后的邊界控制律，對海洋柔性立管進行控制。

現有技術中，對海洋油氣開采領域的柔性立管的控制方法一般僅單獨考慮輸入飽和約束、輸出約束、參數不確定或模型不確定等，無法有效處理實際海洋柔性立管受多重約束限制、系統(tǒng)參數和環(huán)境干擾未知的情況，基于此，本發(fā)明提出一種海洋柔性立管的多約束自適應控制方法。