隨機(jī)波浪載荷下海洋平臺的振動控制技術(shù)研究.pdf

1、海洋平臺工作在比較惡劣的海洋環(huán)境中,受到風(fēng)、浪、流等各種載荷的作用,存在著明顯而持續(xù)的振動。平臺的振動會加劇結(jié)構(gòu)的疲勞破壞,降低系統(tǒng)可靠性,影響生產(chǎn)和工作人員的安全舒適。隨著我國海洋工程的發(fā)展,采取一定措施減輕海洋平臺的振動已日趨重要?；诖搜芯勘尘?本文旨在提出相應(yīng)的控制策略來降低海洋平臺在隨機(jī)浪載荷下的振動響應(yīng)。
　　本文系統(tǒng)地總結(jié)了海洋平臺振動控制的方法,對其研究背景及意義、國內(nèi)外的研究進(jìn)展和工程應(yīng)用進(jìn)行了闡述,指出了目前存

2、在的問題和研究方向。在隨機(jī)波浪理論的基礎(chǔ)上描述海浪模型,根據(jù)小振幅波理論采用Morsion方程計(jì)算波浪力,并運(yùn)用譜分析的方法得到波浪力譜,通過數(shù)值仿真計(jì)算海洋平臺的動力響應(yīng)。在傳統(tǒng)TMD被動控制的基礎(chǔ)上引入狀態(tài)反饋,運(yùn)用極點(diǎn)配置法確定反饋增益K,從而進(jìn)一步減小海洋平臺的振動控制。分析磁流變阻尼器的工作原理和性能,建立磁流變阻尼器的恢復(fù)力力學(xué)模型。基于隨機(jī)最優(yōu)理論的LQG控制算法得到海洋平臺的最優(yōu)控制力,采用磁流變阻尼器作為系統(tǒng)的作動器,

3、根據(jù)半主動控制策略,磁流變阻尼器輸出的控制力與最優(yōu)控制力進(jìn)行比較計(jì)算,得到半主動控制力,實(shí)現(xiàn)對海洋平臺的變阻尼半主動控制。編寫了相應(yīng)的MATLAB程序,通過數(shù)值計(jì)算仿真,研究了不同的控制策略對海洋平臺的減振控制效果。
　　數(shù)值計(jì)算分析表明:隨機(jī)波浪作用下的海洋平臺存在著明顯的振動;TMD被動控制可通過吸收平臺的振動能量,實(shí)現(xiàn)降低海洋平臺振動響應(yīng)的目的,但只能實(shí)現(xiàn)單一頻率上的控制,且減振幅值受到限制;對海洋平臺-TMD系統(tǒng)引入狀態(tài)反

4、饋,可實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)響應(yīng)的實(shí)時(shí)預(yù)測和跟蹤,進(jìn)一步減小結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng),并實(shí)現(xiàn)全頻域上的控制,并與單純的主動控制相比,可節(jié)約大量能量,具有更經(jīng)濟(jì)合理的優(yōu)點(diǎn);磁流變(MR)阻尼器可通過調(diào)節(jié)磁場,改變自身輸出的阻尼力,且具有能耗小、出力大、響應(yīng)快、裝置簡單可靠的優(yōu)點(diǎn),是理想的半主動控制元件;基于LQG算法的磁流變半主動控制,求解最優(yōu)控制力時(shí),僅需測量加速度即可實(shí)現(xiàn)反饋,簡單易行,避免了最優(yōu)控制中所需的全狀態(tài)反饋,可減少傳感器的使用數(shù)目,并且考慮了測