[发明专利]海洋柔性立管系统的抗饱和边界控制方法及装置、存储介质、服务端

摘要

本发明公开了一种海洋柔性立管系统的抗饱和边界控制方法。基于李亚普诺夫理论和反推方法，引入光滑的双曲正切函数、辅助系统和Nussbaum函数来建立海洋柔性立管系统的边界控制率。所述边界控制率中的控制参数通过预先训练得到，其后根据实际测得立管顶端的剪切力、倾角和位移，通过历史数据计算来获得这三个参数在t时刻的偏导数，最后基于获得的实际参数计算在t时刻的边界控制率，驱动装置根据边界控制率产生作用力施加于立管顶端。本发明还公开了一种海洋柔性立管系统的抗饱和边界控制装置、存储介质和服务端。本发明实施例可以解决因使用符号函数来限制控制输入所产生的震颤问题并能有效控制柔性立管的振动，测量参数较少，易于实现。

主权项

一种海洋柔性立管系统的抗饱和边界控制方法，其特征在于，包括步骤：S1、基于海洋立管系统模型进行动力学分析；根据柔性立管系统模型得到海洋柔性海洋立管系统的动力学方程为：ρz··(s,t)+EIz′′′′(s,t)-Tz′′(s,t)+cz·(s,t)-f(s,t)=0,0<s<l]]>所述系统的边界条件为：mz··(l,t)+Tz′(l,t)-EIz′′′(l,t)+daz·(l,t)=u(t)+d(t)]]>z(0,t)＝z′(0,t)＝z″(0,t)建立输入饱和模型为：u(t)=u0(ui(t))=um×tanh(ui(t)um)]]>其中s和t表示独立的时间和空间变量，z(s,t)为立管在s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、da分别为船的质量、阻尼系数，d(t)为环境干扰，f(s,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，um为输入饱和极限值，ui(t)是所要设计的控制量，表示横向位移函数z(s,t)对时间的一阶偏导数，表示横向位移函数z(s,t)对时间的二阶偏导数，z″″(s,t)表示函数z(s,t)对位移s的四阶偏导数；S2、设计所述海洋立管系统的边界控制率公式；建立辅助系统为：u·i(t)=-kui(t)+∈]]>提出了下列∈控制率∈=N(χ)∈‾]]>∈‾=αkui+1mμ-1mk3x3-1mx2-12m(∂λ2∂z2)2x3]]>k3>0，定义Nussbaum函数N(χ)为：N(χ)＝χ2cos(χ)χ·=βχmx3∈‾]]>定义李雅普诺夫函数，并证明其有界稳定：V(t)＝Vm(t)+Vn(t)+Vo(t)其中Vm(t)=γ2ρ∫0lz·2(s,t)ds+γ2T∫0lz′2(s,t)ds+γ2EI∫0lz′′2(s,t)ds]]>Vn(t)=ρ∫0lz·(s,t)z(s,t)ds]]>Vo(t)=12x12+12mx32+12mx32]]>根据分析推导可以出以下不等式，并基于此证明加入控制后的系统是有界稳定的；V·(t)≤-φ11∫0lz·2(s,t)ds-φ2∫0lz′2(s,t)ds-EI∫0lz′′2(s,t)ds-φ3ω12-φ4ω22-k3ω32+σ0+1βχ(αN(χ)-1)χ·≤-ω3[Vm(t)+Vo(t)]σ0+1βχ(αN(χ)-1)χ·]]>S3、获取所述海洋立管系统的实际参数；在t时刻，利用激光位移传感器,测斜仪和剪切力传感器来测量信号z(l,t),再通过历史数据可以得到在时刻t的偏导数z′(l,t),z″′(l,t)的值；S4、分析边界控制率并对所述海洋立管系统的立管施加作用力；根据步骤S3得到的实际参数以及步骤S2的控制率公式，获得t时刻的边界控制率V(t),驱动装置根据所述边界控制率V(t)向柔性立管施加作用力。