本发明专利技术提供一种导管架海洋平台非线性系统半主动振动控制方法，针对不规则波浪荷载，考虑流体和结构之间相互作用的非线性动力特性，根据牛顿定律建立导管架海洋平台非线性系统模型；选取性能指标；进而实施最大值原理，将非线性最优控制问题被转化为一个非线性非齐次两点边值问题；使用逐次逼近方法，求非线性非齐次两点边值问题的近似解，得到最优振动控制律，最优振动控制律由精确的线性反馈部分以及非线性补偿部分组成，其中非线性补偿部分是共态向量方程序列的极限。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种振动控制技术，具体来说是。
技术介绍
随着陆地上资源的日益枯竭，海洋资源的开发利用已日趋重要。我国海域辽阔，油气资源蕴藏丰富，南海、东海、渤海均建有海洋油气开采平台。海洋平台等海洋结构物是海洋油气资源开发的基础性设施，是海上生产作业和生活的基地。它长期处于恶劣的海洋环境中，受到风、海浪、海冰、海流、地震和潮汐等自然环境荷载连续性、长期性的作用，从而不可避免地会引起海洋平台持续的振动。海洋平台的振动不但降低了作业人员的工作环境的质量，而且加剧了平台的机械损伤和疲劳破坏速度，降低了平台的可靠度。海洋平台的长期 振动还可能导致平台倾覆，在国内外曾发生过多次海洋平台事故，造成了重大的经济损失和不良的社会影响。目前我国已建成海洋平台100余座，如何减小平台受到的振动，提高平台的可靠性和安全性，已经成为亟待解决的问题。从我国三大石油公司制订的规划看，各公司在海洋石油的开发力度逐渐加大。中海油2006年已有8个油气田(区)投入试生产；中石油在2006年用于海洋石油勘探开发的钻井数量比2005年增加50%左右。我国海洋石油开发的深度从仅限于300米水深以内的近海区域，逐步走向深海。中海油与科麦奇签订的南海珠江口盆地合同区的水深介于1500米到3000米，标志着我国深水勘探开发的开始。而中石油、中石化等公司原来主要在浅海区作业，现也在南海等地登记了大片海域。因此，海洋石油勘探开发及其安全生产方面都将面临大量、全新的技术难题。海上油气资源开发设施的检测、监测、预警和控制是海上油气资源开发安全保障的主要措施，海上油气资源开发的安全保障技术在国际上已经成为海洋油气开发大国重点关注和研究的课题。由此可见，研究更加安全、经济、可靠的减振技术来提高平台的安全性、延长其使用年限、改善平台工作人员的工作环境具有重要的理论价值和现实意义。相比陆地上的结构，钢质导管架海洋平台是一个复杂的桩一土一水体系结构，无论是结构型式还是所处的环境都有其自身的特点。比如桩一土作用、流体一结构相互作用以及冰一结构和地震对结构作用的非线性动力特性，以及测量、传输及控制时滞等因素，在海洋平台的减振控制技术中正在受到众多研究者的关注。就目前国内外的振动控制技术现状来看，比较成熟的海洋平台减振技术主要是被动控制技术，即研究海洋平台的结构以达到减振的目的。海洋平台的被动控制主要集中在被动装置的研究方面，如液压阻尼器、调谐液体阻尼器对平台的减振控制和被动压力式空气垫对半潜式平台的控制等。为了提高海洋平台减振控制质量，近年来提出了半主动控制和主动控制的思想。但对于半主动控制技术和主动控制技术的研究，目前还属于前沿的研究方向，仍处于理论探索和试验阶段。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供，考虑非线性因素对导管架海洋平台的影响，使用结构的半主动控制技术以及最优控制方法，利用简单的变阻尼或变刚度控制技术，得到一种节省能量且易于实现的控制器的优化设计方法，提高导管架海洋平台振动控制的质量。本专利技术的技术方案为导管架海洋平台非线性系统半主动振动控制方法，包括如下步骤(I)建立不规则波浪荷载模型作用在导管架海洋平台上的总波浪力可由各组成波的作用力合成，求出作用在导管架海洋平台上的总波浪力，最终将作用于导管架海洋平台上的总波浪力用一个独立的外系统进行产生；(2)建立导管架海洋平台振动控制系统模型使用有限元方法将导管架平台振动控制系统简化为一个单自由度系统；(3)选取性能指标保证输入的控制力和控制时间达到最小；(4)实施极大值原理将非线性最优控制问题被转化为一个非线性非齐次两点边值问题；(5)设计最优振动控制律由于非线性非齐次两点边值问题的解析解难以求得，使用逐次逼近算法，求解其近似解，从而得到导管架海洋平台的近似最优振动控制律。上述导管架海洋平台非线性系统半主动振动控制方法，在步骤(I)中，在建立不规则波浪荷载模型时，首先求出单位圆断面上某一时刻的水平波浪力为权利要求1.导管架海洋平台非线性系统半主动振动控制方法，其特征在于，包括如下步骤 (1)建立不规则波浪荷载模型作用在导管架海洋平台上的总波浪力可由各组成波的作用力合成，求出作用在导管架海洋平台上的总波浪力，最终将作用于导管架海洋平台上的总波浪力用一个独立的外系统进行产生； (2)建立导管架海洋平台振动控制系统模型使用有限元方法将导管架平台振动控制系统简化为一个单自由度系统； (3)选取性能指标保证输入的控制力和控制时间达到最小； (4)实施极大值原理将非线性最优控制问题被转化为一个非线性非齐次两点边值问题； (5)设计最优振动控制律由于非线性非齐次两点边值问题的解析解难以求得，使用逐次逼近算法，求解其近似解，从而得到导管架海洋平台的近似最优振动控制律。2.如权利要求I所述的导管架海洋平台非线性系统半主动振动控制方法，其特征在于在步骤(I)中，在建立不规则波浪荷载模型时，首先求出单位圆断面上某一时刻的水平波浪力为3.如权利要求I所述的导管架海洋平台非线性系统半主动振动控制方法，其特征在于在步骤(2)中，对于一个安装半主动调谐质量阻尼器SATMD的导管架海洋平台，考虑流体动力非线性因素对平台的影响，该导管架海洋平台半主动振动控制系统可以改写为如式2所示的状态空间描述形式 X = Ax + Bv + f(x) + Dp κ,J=Cx, X(O)=X0 式 2。4.如权利要求I所述的导管架海洋平台非线性系统半主动振动控制方法，其特征在于，在步骤(3)中，选取如式3所描述的复合型性能指标 / =丄X7 )0,尤(,,)+丄丄[χΙ ( Οχ ) + ι^ 式 3。 22 ο5.如权利要求I所述的导管架海洋平台非线性系统半主动振动控制方法，其特征在于在步骤(4)中构造的哈密顿函数如式4 H ( · ) =XtQx^Ru2+ λ τ (Ax+Bu+f (x) +Dpw)式 4 ；进而根据极值条件，求得原控制问题的非线性非齐次两点边值问题 如式5 6.如权利要求I所述的导管架海洋平台非线性系统半主动振动控制方法，其特征在于最优振动控制律如式6 u(k) (t) =-R_1BT λ (k) (t) =-R_1BT 式 6 ; 在步骤(5)中使用逐次逼近算法避免了直接求解非线性非齐次两点边值问题的解析解，只需要求解一个线性向量差分等式序列的解，把直接迭代整个控制律转为迭代共态向量，计算量大大降低。7.如权利要求I所述的导管架海洋平台非线性系统半主动振动控制方法，其特征在于在步骤(5)之后还包括根据最优振动控制律设计易于单片机实现的算法。全文摘要本专利技术提供一种导管架海洋平台非线性系统半主动振动控制方法，针对不规则波浪荷载，考虑流体和结构之间相互作用的非线性动力特性，根据牛顿定律建立导管架海洋平台非线性系统模型；选取性能指标；进而实施最大值原理，将非线性最优控制问题被转化为一个非线性非齐次两点边值问题；使用逐次逼近方法，求非线性非齐次两点边值问题的近似解，得到最优振动控制律，最优振动控制律由精确的线性反馈部分以及非线性补偿部分组成，其中非线性补偿部分是共态向量方程序列的极限。文档编号G05B13/04GK102799109SQ20121028861公开日2012年11月28日 申请本文档来自技高网...
【技术保护点】
导管架海洋平台非线性系统半主动振动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）建立不规则波浪荷载模型：作用在导管架海洋平台上的总波浪力可由各组成波的作用力合成，求出作用在导管架海洋平台上的总波浪力，最终将作用于导管架海洋平台上的总波浪力用一个独立的外系统进行产生；（2）建立导管架海洋平台振动控制系统模型：使用有限元方法将导管架平台振动控制系统简化为一个单自由度系统；（3）选取性能指标：保证输入的控制力和控制时间达到最小；（4）实施极大值原理：将非线性最优控制问题被转化为一个非线性非齐次两点边值问题；（5）设计最优振动控制律：由于非线性非齐次两点边值问题的解析解难以求得，使用逐次逼近算法，求解其近似解，从而得到导管架海洋平台的近似最优振动控制律。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：梁燕军，王爱民，孙华，郭磊，熊晶，
申请(专利权)人：梁燕军，王爱民，孙华，
类型：发明
国别省市：
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