[发明专利]一种针对柔性立管振动控制的方法及装置

说明书

本发明公开了一种针对柔性立管振动控制的方法及装置。其中，所述方法包括：获取饱和非线性输入和死区非线性输入的动力学方程，构建海洋柔性立管系统的输入饱和模型；根据所述输入饱和模型，引入辅助系统和扰动上界自适应律，得到控制率公式；获取所述海洋柔性立管系统的实际参数，并结合所述控制率公式，计算任一时刻的边界控制率；根据所述边界控制率控制驱动装置向海洋柔性立管施加作用力。本发明能够降低甚至消除混和非线性输入对海洋柔性立管系统控制性能的影响，通过提高抑制振动的控制精度和灵敏度，提高系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种针对柔性立管振动控制的方法及装置。

背景技术

随着能源需求的减少，石油和天然气的开采趋于深水。海洋柔性立管作为海洋石油传输的重要组成部分，在海洋开发中起着至关重要的作用。对于海洋柔性立管的大跨度，在恶劣海洋环境的影响下，海洋柔性立管将产生变形和振动。过多的振动将严重影响海洋柔性立管系统的性能，降低其使用寿命，甚至可能因其损坏而导致严重的经济损失与环境污染。因此，海洋开发中的结构振动控制是一个重要而又不可避免的问题。边界控制作为一种实用方法，被用来解决柔性立管系统的振动控制问题，它可以避免模型简化方法的缺陷，并且通常通过无障碍的驱动和传感来实现。

但实际上，海洋柔性立管系统在实现控制方法时，存在非线性输入，包括输入死区、饱和、反冲、磁滞等。这些非线性输入是不可避免的，可能由齿轮间隙、功率限制、阀门等因素引起。存在的非线性输入会影响控制性能，降低控制的精度和灵敏度，甚至导致海洋柔性立管系统的不稳定。特别的，非线性输入将不会单一存在，它可以集成几个不同的非线性输入。对于海洋柔性立管系统，混合输入非线性特性使系统分析更加复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种针对柔性立管振动控制的方法及装置，能够降低甚至消除混和非线性输入对海洋柔性立管系统控制性能的影响，通过提高抑制振动的控制精度和灵敏度，提高系统的稳定性。

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种针对柔性立管振动控制的方法，包括：获取饱和非线性输入和死区非线性输入的动力学方程，构建海洋柔性立管系统的输入饱和模型；根据所述输入饱和模型，引入辅助系统和扰动上界自适应律，得到控制率公式；获取所述海洋柔性立管系统的实际参数，并结合所述控制率公式，计算任一时刻的边界控制率；根据所述边界控制率控制驱动装置向海洋柔性立管施加作用力。

进一步地，动力学方程，为

边界条件，为

y(0,t)＝y′(0,t)＝y″(l,t)＝0；

其中，z和t表示独立的时间和空间变量，y(z,t)为立管在z处t时刻的振动位移量，l、ρ、T、EI、c分别为立管的长度、单位长度质量、张力、弯曲刚度、阻尼系数，m、d_a分别为船的质量、阻尼系数，d(t)为环境干扰，f(z,t)是洋流的水动力影响下产生的分布式干扰，u(t)是在立管顶部施加的边界控制量；表示横向位移函数y(z,t)对时间的一阶偏导数，表示横向位移函数y(z,t)对时间的二阶偏导数，y″″(z,t)表示函数y(z,t)对位移z的四阶偏导数；y(z,t)是一致最终有界的，即

输入饱和函数，为

其中，θ_max和θ_min为输入饱和极限值；

输入死区函数，为

死区逆函数，为