【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钻井平台控制方法，涉及波浪补偿预测控制系统，还涉及波浪预测补偿方法。
技术介绍
1、随着石油资源的消耗量不断增长，陆地和浅水区域的石油产量已不能满足社会发展的需求，在这种背景下，世界新增油气产量已由陆地、浅水区域逐渐转向深水以及超深水域。浮式钻井平台是石油深水海工领域的重要装备载体，其上分布着作为连接井口防喷器与钻井平台之间的重要通道，即钻井隔水管系统，为了控制隔水管系统的位移和应力，使其能在船体平台作垂直或水平运动时，使隔水管的顶部张力近似保持恒定，必须配备安全可靠的波浪补偿装置。
2、目前，船体平台及钻井船广泛采用传统的被动补偿系统达到波浪补偿的目的，少数厂家利用传统pid算法实现了特定工况下的主动补偿功能，但在大部分作业周期内仍然使用被动补偿技术，主动补偿系统设计不够全面，造成利用率较低，补偿精度不足、系统响应速度慢等问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供波浪补偿预测控制系统，解决了现有技术中存在补偿系统响应速度慢、控制精度低的问题。
2、本专利技术的另一目的是提供上述控制系统的波浪预测补偿方法。
3、本专利技术所采用的技术方案是，波浪补偿预测控制系统，包括主控制器，主控制器分别连接有补偿计算模块、液压驱动器、船体数据库、hmu加速度传感器组，补偿计算模块连接有监控界面，液压驱动器连接有液压执行器，液压执行器连接有测速装置，测速装置还分别与补偿计算模块、液压驱动器连接。
4、本专利技术的特征还在于，>
5、hmu加速度传感器组包括hmu第一加速度传感器、hmu第二加速度传感器、hmu第三加速度传感器、hmu第四加速度传感器，hmu第一加速度传感器、hmu第二加速度传感器、hmu第三加速度传感器、hmu第四加速度传感器分别与补偿计算模块、主控制器连接。
6、补偿计算模块采用以dsp芯片为核心的数字信号处理器。
7、主控制器采用plc或者工控机。
8、测速装置采用光电编码器。
9、本专利技术所采用的另一技术方案是，波浪预测补偿方法，采用波浪补偿预测控制系统，具体按照以下步骤实施：
10、步骤1，通过监控界面激活补偿计算模块，补偿计算模块询问主控制器检测各执行模块状态是否正常，若正常，则补偿计算模块初始化数据，待初始化完成后发送信号至主控制器，开始进行补偿预测；
11、步骤2，hmu第一加速度传感器、hmu第二加速度传感器、hmu第三加速度传感器和hmu第四加速度传感器将采集的数据发送至补偿计算模块和主控制器，补偿计算模块接收数据后建立船体坐标与地面坐标；
12、步骤3，补偿计算模块接收主控制器、测速装置发送数据信息，建立平台姿态矩阵，根据平台姿态矩阵和旋转前的平台向量，得到旋转后的平台向量；
13、步骤4，船体平台随波浪升沉，hmu第一加速度传感器、hmu第二加速度传感器、hmu第三加速度传感器和hmu第四加速度传感器的信号增量值呈周期性变化，补偿计算模块则调用api标准函数库解析计算此信号增量值，在横滚坐标轴x方向上对hmu第一加速度传感器、hmu第四加速度传感器采集的信号进行差分计算，得到船体平台的横滚角位姿变化向量，在俯仰坐标轴y方向上对hmu第二加速度传感器、hmu第三加速度传感器采集的信号进行差分计算，得到船体平台的俯仰角位姿变化向量，同时，补偿计算模块从船体数据库中读取航向角向量；
14、步骤5，根据步骤4得到的船体平台的横滚角位姿变化向量、船体平台的俯仰角位姿变化向量、航向角向量及步骤3得到的旋转后的平台向量，得到测算后的矩阵；
15、
16、补偿计算模块将通过公式(5)得到的横滚角、俯仰角、偏航角θ、ψ调整值发送给主控制器；
17、步骤6，主控制器根据接收到的横滚角、俯仰角、偏航角θ、ψ调整值控制液压驱动器，液压驱动器接收指令后驱动液压执行器进行工作，测速装置实时测量液压执行器的位移和速度并将测量的数据传输至补偿计算模块和液压驱动器，补偿计算模块和液压驱动器接收到测速装置反馈的数据后与设定的速度阈值、位移阈值进行对比，若超出设定的速度阈值、位移阈值，则重复步骤2-6进行补偿，若符合设定的速度阈值、位移阈值，则本次预测结束。
18、本专利技术的特征还在于，
19、平台姿态矩阵为：
20、
21、
22、
23、上述平台姿态矩阵(1)-(3)中，rx表示液压执行器姿态向量p绕横滚坐标轴x形成的位姿矩阵；ry表示液压执行器姿态向量p绕俯仰坐标轴y形成的位姿矩阵；rz表示液压执行器姿态向量p绕偏航坐标轴z形成的位姿矩阵；θ、ψ分别表示依次绕横滚坐标轴x、俯仰坐标轴y、偏航坐标轴z旋转而形成横滚角、俯仰角、偏航角。
24、旋转后的平台向量为：
25、p′＝rx·ry·rz·p (4)
26、式(4)中，p′表示旋转后的平台向量，p表示旋转前的平台向量。
27、本专利技术的有益效果是，本专利技术波浪补偿预测控制系统，结构简单，补偿计算模块采用具有高速周期处理速度的dsp数字信号处理器作为控制元件，采用四杆结构模型姿态动态解算技术对半潜式平台进行姿态解算，预测平台进一步的姿态，据此对补偿系统预先进行调节，保证系统的实时性，提升系统响应速度，有效的解析信号和计算数据；主控制器采用plc或工控机，通过高速光纤网络连接平台船体数据库，提取航向角数据，主控制器根据补偿计算模块传输来的控制信号生成驱动信号，液压执行器据此执行并进行反馈测速，形成闭环控制，极大提升了海洋船体平台补偿系统的自动化水平，控制系统自动调节控制参数，本专利技术波浪补偿方法，信号处理响应快、准确性高。
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1.波浪补偿预测控制系统，其特征在于，包括主控制器(3)，所述主控制器(3)分别连接有补偿计算模块(2)、液压驱动器(4)、船体数据库(11)、HMU加速度传感器组，所述补偿计算模块(2)连接有监控界面(1)，所述液压驱动器(4)连接有液压执行器(5)，所述液压执行器(5)连接有测速装置(6)，所述测速装置(6)还分别与补偿计算模块(2)、液压驱动器(4)连接。
2.根据权利要求1所述的波浪补偿预测控制系统，其特征在于，所述HMU加速度传感器组包括HMU第一加速度传感器(7)、HMU第二加速度传感器(8)、HMU第三加速度传感器(9)、HMU第四加速度传感器(10)，所述HMU第一加速度传感器(7)、HMU第二加速度传感器(8)、HMU第三加速度传感器(9)、HMU第四加速度传感器(10)分别与补偿计算模块(2)、主控制器(3)连接。
3.根据权利要求1所述的波浪补偿预测控制系统，其特征在于，所述补偿计算模块(2)采用以DSP芯片为核心的数字信号处理器。
4.根据权利要求1所述的波浪补偿预测控制系统，其特征在于，所述主控制器(3)采用PLC或者
5.根据权利要求1所述的波浪补偿预测控制系统，其特征在于，所述测速装置(6)采用光电编码器。
6.波浪预测补偿方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的波浪补偿预测控制系统，具体按照以下步骤实施：
7.根据权利要求6所述的波浪预测补偿方法，其特征在于，所述船体平台姿态矩阵为：
8.根据权利要求7所述的波浪预测补偿方法，其特征在于，所述旋转后的船体平台向量为：
...【技术特征摘要】
1.波浪补偿预测控制系统，其特征在于，包括主控制器(3)，所述主控制器(3)分别连接有补偿计算模块(2)、液压驱动器(4)、船体数据库(11)、hmu加速度传感器组，所述补偿计算模块(2)连接有监控界面(1)，所述液压驱动器(4)连接有液压执行器(5)，所述液压执行器(5)连接有测速装置(6)，所述测速装置(6)还分别与补偿计算模块(2)、液压驱动器(4)连接。
2.根据权利要求1所述的波浪补偿预测控制系统，其特征在于，所述hmu加速度传感器组包括hmu第一加速度传感器(7)、hmu第二加速度传感器(8)、hmu第三加速度传感器(9)、hmu第四加速度传感器(10)，所述hmu第一加速度传感器(7)、hmu第二加速度传感器(8)、hmu第三加速度传感器(9)、hmu第四加速度传感器(10)...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘启蒙，樊春明，田应成，王博芳，唐成，
申请(专利权)人：中油国家油气钻井装备工程技术研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
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