[发明专利]用于柔性海洋立管的振动抑制方法及系统

说明书

本发明涉及柔性海洋立管的振动抑制技术领域，具体公开了一种用于柔性海洋立管的振动抑制方法，其中，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；构建边界滑模抗饱和控制器；根据边界滑模抗饱和控制器的输出判断执行器控制值是否达到执行器饱和上限；若达到，则根据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；在确定柔性海洋立管稳定时，获取边界滑模抗饱和控制器的增益取值范围。本发明还公开了一种用于柔性海洋立管的振动抑制系统。本发明提供的用于柔性海洋立管的振动抑制方法能够消除执行器饱和非线性和外部未知扰动对柔性海洋立管稳定性的影响。

技术领域

本发明涉及柔性海洋立管的振动抑制技术领域，尤其涉及一种用于柔性海洋立管的振动抑制方法及一种用于柔性海洋立管的振动抑制系统。

背景技术

柔性杆由于其具有质量轻、精度高、耗能低、操作空间大等优点被广泛应用于机器人领域、航天领域、海洋领域、工业领域，然而，由于柔性材料的刚度较小，当受到外力，易产生长时间持续的振动，不仅影响柔性系统的工作精度与效率，也会加速柔性结构的老化，缩短柔性材料的使用年限，造成安全隐患以及经济上的损失。因此，如何有效的抑制柔性系统的振动问题，对于使用柔性结构的航天航空、海洋油气开发、工业领域的应用具有重要意义。

在海洋油气开采领域，由于受到海洋复杂环境的影响，柔性海上立管可能会受到海浪、风、海流等影响，由柔性结构构成的海上立管会产生横向振动且持续时间较长，这样会影响工作精度及效率，也会加速结构的老化，缩短材料的使用年限，带来生产安全隐患以及经济损失。此外，海上油井开采也是庞大的工程作业，由于执行器物理条件的限制，执行器输出的力矩是有限的并不能按照理想的力矩输出，在此情况下，柔性海上立管的振动抑制可能会受到影响，无法实现理想的振动抑制效果破坏稳定性，甚至会使柔性杆长时间处于弹性形变中破坏柔性杆结构，从而影响实际工业操作进程。

发明内容

本发明提供了一种用于柔性海洋立管的振动抑制方法及一种用于柔性海洋立管的振动抑制系统，解决相关技术中存在的无法实现对海洋立管的振动抑制的问题。

作为本发明的第一个方面，提供一种用于柔性海洋立管的振动抑制方法，其中，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。

进一步地，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。

进一步地，所述Euler-Bernoulli梁的系统方程的表达式为：

ρω_tt(x,t)+E_Iω_xxxx(x,t)-Tω_xx(x,t)-f(x,t)＝0，

所述边界条件的表达式为：