[发明专利]针对海洋柔性立管系统在确定负载下的三维振动抑制方法

权利要求书

1.一种针对海洋柔性立管系统在确定负载下的三维振动抑制方法，其特征在于，包括：

建立海洋柔性立管系统的三维动力学模型；

根据所述三维动力学模型，设计在确定负载下的边界控制器；其中，所述三维动力学模型用于分析所述海洋柔性立管系统；

获得所述海洋柔性立管系统的实时参数；

根据所述边界控制器和所述实时参数，向驱动装置发送控制命令，以使所述驱动装置对柔性立管施加作用力，以抑制立管振动；

其中，所述海洋柔性立管系统的三维动力学模型包括：立管的动能、势能、作用在立管上的总功、控制方程和边界条件；

其中，定义L为立管的长度，x(s,t)，y(s,t)和z(s,t)分别为X，Y，Z方向上立管位于s位置处在t时刻的横向、纵向和轴向偏移量，s和t分别为位移和时间变量；d_x(t)、d_y(t)、d_z(t)分别为在X、Y、Z方向上位于立管顶部有效载荷的未知时变边界扰动；f_x(t)、f_y(t)、f_z(t)分别为在X、Y、Z方向上沿着立管的未知分布式海流负载；u_x(t)、u_y(t)、u_z(t)分别为在X、Y、Z方向上位于立管顶部有效载荷的控制器的控制输入；

则所述立管的E_k(t)动能为：

其中，M为有效载荷的质量；ρ为柔性海洋立管的密度；

所述势能E_p(t)为：

其中，EA为立管轴向刚度，T为拉力；

所述作用在立管上的总功δW(t)为：δW(t)＝δW_f+δW_m(t)；其中，δW_f为外界干扰和时变洋流对立管所做虚功；δW_m(t)为控制器对柔性立管系统做的虚功；

当时，所述边界条件为：

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；

2.根据权利要求1所述的针对海洋柔性立管系统在确定负载下的三维振动抑制方法，其特征在于，所述边界控制器使用以下控制律：

其中，k₁,k₂,k₃为正权重小常数；sgn为符号函数。

3.根据权利要求2所述的针对海洋柔性立管系统在确定负载下的三维振动抑制方法，其特征在于，在所述根据所述三维动力学模型，设计在确定负载下的边界控制器之后，还包括：

通过Lyapunov函数，验证所述边界控制器的稳定性。

4.根据权利要求3所述的针对海洋柔性立管系统在确定负载下的三维振动抑制方法，其特征在于，所述通过Lyapunov函数，验证所述边界控制器的稳定性，具体为：

定义Lyapunov函数V(t)＝V₁(t)+V₂(t)+V₃(t)；

其中，V₁(t)为能量项，V₂(t)为交叉项，V₃(t)为附加项；

α，β是正常数；

则通过验证以下不等式来确定所述边界控制器的稳定性：

5.根据权利要求2所述的针对海洋柔性立管系统在确定负载下的三维振动抑制方法，其特征在于，所述获得所述海洋柔性立管系统的实时参数，具体为：

获取立管顶端的激光位移传感器测量的x(L,t),y(L,t),z(L,t)；

获取倾角计测量的x′(L,t),y′(L,t),z′(L,t)；

获取加速度计测量的

对x(L,t),y(L,t),z(L,t)进行后向差分算法计算得到