鋪設作業(yè)時的鋪管船循跡控制技術研究.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟的高速發(fā)展,對油氣等石化能源的需求越來越多,而陸地上的資源儲備已不能滿足人們的需求,許多國家已經(jīng)對海洋油氣資源進行大規(guī)模開采、利用。海洋油氣一般都是經(jīng)由管道輸送到陸地或海上集運站,由此可知管道在海洋油氣資源開發(fā)中有重要作用。而作為鋪設海洋管道最經(jīng)常使用的裝備——鋪管船就成為研究的重點。
　　首先,建立系統(tǒng)的數(shù)學模型?？紤]一些可行的假設條件對六自由度船舶模型進行簡化,得到三自由度的水面船舶模型;對于海風、海浪以及海流等外

2、界環(huán)境干擾力采用經(jīng)驗公式分別對其建立相應的數(shù)學模型;為了管道的安全鋪設簡要地分析了管道的結構,并基于自然懸鏈線理論,詳細地推導了管道的數(shù)學模型,并采用軟件仿真的方法,對建立的管道模型進行了驗證。建立起來的這些數(shù)學模型為下文設計合適的控制器奠定了數(shù)學基礎。
　　其次,選擇鋪管船鋪設作業(yè)時的循跡導引策略。由于管道參考路徑與鋪管船的參考航跡間有較大差異,因此根據(jù)前者通過幾何運算,得到鋪管船的規(guī)劃航跡;介紹了鋪管船運動控制系統(tǒng)的組成、三層

3、分級以及各層級相應的功能;船舶航跡點計算的常規(guī)LOS算法由于收斂速度低,將其改進為基于最小動態(tài)半徑的動態(tài)LOS算法,并對兩種LOS算法進行了仿真對比驗證;基于最小動態(tài)半徑的動態(tài)LOS算法和綜合循跡控制策略,設計了鋪管船鋪設作業(yè)時的循跡導引策略。
　　最后,分別設計了鋪設作業(yè)時的鋪管船滑模變結構和自適應滑模循跡控制器?？紤]到滑模變結構控制的較強魯棒性,把滑模變結構控制應用到鋪管船循跡控制中,提高了循跡控制系統(tǒng)的魯棒性能。自適應控制在

4、處理不確定參數(shù)時效果更佳,但其魯棒性較差,因此把二者結合起來設計了鋪管船自適應滑模循跡控制器具備兩種控制方法的優(yōu)點,可以通過Lyapunov穩(wěn)定判據(jù)獲得不確定參數(shù)的自適應率。在自適應滑模算法中采用飽和函數(shù)取代滑膜控制中的符號函數(shù)來減低系統(tǒng)的抖振,并利用邊界層算法來估計外界干擾對系統(tǒng)的影響,通過單位矩陣把對不確定矩陣的估計轉化為一個參數(shù)的估計,使控制器的設計得到簡化。
　　基于動態(tài)LOS算法的循跡導引策略,對設計的鋪管船滑模變結構循