[发明专利]用于柔性海洋立管的振动抑制方法及系统有效

专利信息
申请号: 202011633979.8 申请日: 2020-12-31
公开(公告)号: CN112799441B 公开(公告)日: 2022-04-12
发明(设计)人: 楼旭阳;马艺飞 申请(专利权)人: 江南大学
主分类号: G05D19/02 分类号: G05D19/02;E21B17/01
代理公司: 无锡市大为专利商标事务所(普通合伙) 32104 代理人: 殷红梅;陈丽丽
地址: 214122 江苏*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 用于 柔性 海洋 振动 抑制 方法 系统
【权利要求书】:

1.一种用于柔性海洋立管的振动抑制方法,其特征在于,包括:

基于边界扰动力和空间分布扰动力对柔性海洋立管进行建模得到海洋立管模型;

获取柔性海洋立管的边界状态信息;

根据所述柔性海洋立管的边界状态信息以及所述海洋立管模型构建边界滑模抗饱和控制器,所述边界滑模抗饱和控制器能够输出执行器控制值;

根据所述边界滑模抗饱和控制器的输出判断所述执行器控制值是否达到执行器饱和上限;

若达到,则根据所述柔性海洋立管的边界状态信息以及超过饱和上限部分设计辅助系统,所述辅助系统用于消除执行器的饱和非线性影响;

在确定所述柔性海洋立管稳定时,获取所述边界滑模抗饱和控制器的增益取值范围;

其中,所述基于边界扰动力和空间分布扰动力对柔性海洋立管进行建模得到海洋立管模型,包括:

根据拉格朗日方程和Hamilton原理对所述柔性海洋立管进行建模,得到Euler-Bernoulli梁的系统方程和边界条件;

其中,所述Euler-Bernoulli梁的系统方程的表达式为:

所述边界条件的表达式为:

其中,ω(x,t):[0,L]×[0,+∞)→R表示柔性海洋立管在空间坐标x和时间坐标t上的横向位移,ρ,T,EI,M和L分别表示柔性海洋立管的单位长度的单位质量、张力、弯曲刚度、尖端荷载的质量和立管的长度,ωx(x,t)和ωt(x,t)分别表示杆的横向位移ω(x,t)对空间x和对时间t的导数,f(x,t)和d(t)分别表示空间分布扰动和边界扰动,u(t)表示边界控制器;sat(u(t))表示饱和控制器,表示为:

其中,umax和umin分别表示执行器的上界和下界;

其中,所述获取柔性海洋立管的边界状态信息,包括:

获取柔性海洋立管的立管边界速度ωt(L,t),立管边界曲率ωx(L,t)以及立管边界弯曲的速度ωxt(L,t);

其中,所述辅助系统的表达式为:

其中,z(t)表示辅助系统的状态,kz,α,β,ε均为大于0的常数,sgn(z(t))表示符号函数;Δu(t)表示饱和死区函数,表示为Δu(t)=sat(u(t))-u(t);

其中,所述边界滑模抗饱和控制器的表达式为:

其中,ka,kb,kc,kd,k,ks均表示大于0的控制器增益,表示未知扰动d(t)的上界;s(t)表示滑模函数,表示为:

2.根据权利要求1所述的用于柔性海洋立管的振动抑制方法,其特征在于,所述在确定所述柔性海洋立管稳定时,获取所述边界滑模抗饱和控制器的增益取值范围,包括:

选取Lyapunov函数,表达式为:

V(t)=V1(t)+V2(t)+V3(t)+V4(t),

其中,α,β均大于0,V1(t)表示由动能和势能组成的能量项,V2(t)表示交叉项,V3(t)表示与辅助系统状态相关的能量项,V4(t)表示辅助项;

验证所述Lyapunov函数的正定性;

结合所述柔性海洋立管的边界状态信息和所述边界滑模抗饱和控制器验证所述Lyapunov函数对时间t的一阶导数负定性,同时得到所述边界滑模抗饱和控制器的增益取值范围。

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