半潜式海洋平台动力定位的动态面自抗扰控制

通过引入动态面控制思想对扩张状态观测器及非线性状态误差反馈控制律进行改造,设计一种动态面自抗扰控制器,并将其用于海洋平台动力定位系统的控制问题上.动态面扩张状态观测器的设计是为了提高系统的扰动估计能力,动态面非线性状态误差反馈控制律的设计是为了提高系统的稳定性与控制效率.仿真实验表明,改进后的动态面自抗扰动力定位控制系统对扰动的估计能力明显提升,系统的抗扰能力与鲁棒性得到增强,同时其具有较好的控制品质和响应特性,进而提高了海洋平台的定位精度.     

半潜式海洋平台动力定位的动态面自抗扰控制

通过引入动态面控制思想对扩张状态观测器及非线性状态误差反馈控制律进行改造,设计一种动态面自抗扰控制器,并将其用于海洋平台动力定位系统的控制问题上。动态面扩张状态观测器的设计是为了提高系统的扰动估计能力,动态面非线性状态误差反馈控制律的设计是为了提高系统的稳定性与控制效率。仿真实验表明,改进后的动态面自抗扰动力定位控制系统对扰动的估计能力明显提升,系统的抗扰能力与鲁棒性得到增强,同时其具有较好的控制品质和响应特性,进而提高了海洋平台的定位精度。     

自抗扰控制方法在水面船舶动力定位控制中的应用

随着航海技术的发展,动力定位系统已经被广泛地应用于海洋的勘探平台和海洋舰船上。但是由于舰船规模以及工作复杂度的发展,传统动力定位系统使用的方法已经不能满足当前的要求,因为舰船本身的外形模型以及受到的外界力的模型都是非线性的。因此需要寻找可以更有效抵抗外界干扰的定位控制方法。本文根据建立的舰船和风浪流模型,提出了可以实现稳定负反馈的自抗扰方法,并根据该方法实现了舰船在海洋表面的动力定位控制。     

自抗扰控制算法船舶动力定位仿真分析

在远洋和深海海域,船舶如果采用传统的锚泊方式定位一方面存在灵活性差的问题,另一方面锚链长度造成的角度偏移会导致船体的定位精度差。因此,船舶的动力定位系统成为一项船舶重要的功能系统。在船舶的动力定位过程中,风浪等扰动作用会干扰动力定位的精度。针对这一问题,本文提出一种自抗扰控制算法。该算法利用跟踪微分器、状态观测器、误差反馈模块等关键环节,实现船舶动力定位推进器的精确控制,提高船舶动力定位的精度。此外,结合Simulink仿真平台,进行动力定位系统自抗扰控制技术的仿真分析。     

基于人工蜂群算法的船舶动力定位自抗扰控制器设计

针对船舶动力定位自抗扰控制器(ADRC)参数较多且人工不易调整的问题,通过建立以船舶纵荡、横荡和艏向角三个方向ADRC响应的时间误差积分和最小的目标函数,采用人工蜂群算法(ABC)中采蜜蜂和跟随蜂的选择机制与邻域搜索,优化整定出船舶动力定位ADRC控制器参数。ABC优化的方法避免了工程技术人员繁琐的试凑工作。此外,仿真结果表明,相比试凑法得出的参数而言,经过ABC优化整定的参数具有更快的响应速度,对船模参数变化具有更强的鲁棒性和适应性。     

船舶航向线性自抗扰积分滑模控制

针对能更加精确地描述船舶动态性能的Bech模型航向控制问题,构造三阶跟踪微分器,对期望航向及其微分进行精确提取,提出了一种基于线性自抗扰的积分滑模航向控制器。该控制器采用线性扩张观测器对实际航向与内外界总扰动进行在线估计与补偿;引入积分滑模面函数,设计非线性误差反馈控制律,加快系统的收敛速度。采用Hurwitz多项式,简化控制器,实现控制器参数化。由仿真结果得出,控制器能快速准确地跟踪到期望航向,对参数摄动与外界干扰具有较强的鲁棒性。该控制器设计结构简单,线性自抗扰与变结构积分滑模面相结合的控制器设计提升了控制品质。     

基于多模态快速非奇异终端滑模的船舶航迹跟踪自抗扰控制

为解决欠驱动船舶航迹直线和曲线跟踪控制问题,设计基于多模态快速非奇异终端滑模(Fast Nonsingular Terminal Sliding Mode,FNTSM)的自抗扰控制器(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)。引入ADRC技术,利用跟踪微分器快速提取跟踪期望信号的微分信号,通过可在线性与非线性之间切换的扩张状态观测器实时估计船舶外部和内部的总干扰;将根据多模态思想设计的非奇异终端滑模和一种新型双幂次趋近律引入状态误差反馈环节中,设计基于多模态FNTSM的ADRC控制律,在保证ADRC优点的同时,提高收敛速度和稳态跟踪精度;构造期望艏向角方程,将航迹控制问题转化为易于实现的航向控制问题。Simulink仿真结果表明:利用该控制器的船舶能快速、准确地跟踪期望直线和曲线航迹,说明其具有优良的控制品质。     

基于快速终端滑模自抗扰的船舶曲线航迹跟踪控制

针对欠驱动船舶的曲线航迹跟踪问题,首先采用自抗扰控制技术,通过扩张状态观测器实时估计和补偿系统的内部和外界扰动,将非线性快速终端滑模引入误差反馈控制环节,并采用幂指数趋近律,设计出快速终端滑模-自抗扰控制律,提高系统的收敛速度和误差跟踪精度,减小系统的抖振;然后对野本船舶模型简化变形,构造降维方程,将航迹跟踪问题转化为航向镇定问题.Simulink仿真结果表明,控制器能够实现船舶对期望曲线航迹的快速、精确跟踪,具有良好控制效果.     

基于快速终端滑模自抗扰的船舶曲线航迹跟踪控制

针对欠驱动船舶的曲线航迹跟踪问题,首先采用自抗扰控制技术,通过扩张状态观测器实时估计和补偿系统的内部和外界扰动,将非线性快速终端滑模引入误差反馈控制环节,并采用幂指数趋近律,设计出快速终端滑模-自抗扰控制律,提高系统的收敛速度和误差跟踪精度,减小系统的抖振;然后对野本船舶模型简化变形,构造降维方程,将航迹跟踪问题转化为航向镇定问题。Simulink仿真结果表明,控制器能够实现船舶对期望曲线航迹的快速、精确跟踪,具有良好控制效果。     

基于锚泊系统的半潜式海洋平台定位方法研究

以工作水深1200m、8缆系泊的半潜式海洋平台为对象,研究其系统定位方法,通过改变锚泊系统系泊缆长度来实现平台的定位。建立反映半潜式海洋平台锚泊系统动力响应的多目标优化模型,通过求解得到船体目标位移与最优系泊缆长度,借助多学科软件iSIGHT,通过开发程序接口,调用水动力分析软件ANSYS/AQWA求解器求解,实现了半潜式平台锚泊系统的结构动力响应优化设计。对半潜式平台进行风、浪、流联合作用下的水动力耦合分析,实时控制系泊缆长度来实现平台的定位并保证平台的稳定性。     

海洋平台低频线谱振动控制方法研究

针对已建海洋平台结构低频（30Hz以下）线谱振动控制难题,基于吸振原理,开展了低频线谱振动控制方法研究。讨论了动力吸振器与振动系统主结构最优质量比、阻尼比、频率比的取值范围,以及动力吸振器最优布置数量、布置位置等。以典型海洋平台板架结构为例,建立有限元模型,验证了动力吸振系统化方法的有效性,在此基础上,针对某海洋平台振动超标问题,开展了动力吸振系统化方法的工程应用研究,旨在为海洋平台低频线谱振动控制提供方法依据。     

移动式近海基地的动力定位控制研究

移动式近海基地是一个大型的、浮动的、自行驱动的、由三至五个模块组成的海洋结构.其中的每个模块均能在风、浪、流作用力下实现长期定位.本文首先讨论了针对移动式近海基地的控制架构.然后针对近海基地中的单独模块设计了一个非线性带前馈的比例微分(PD)控制器,并将其应用到多个模块的运动控制中.文中同时给出了所设计的控制系统的仿真结果.     

定位方式对浮式半潜平台气隙的影响特性及机理研究

本文结合模型试验,采用数值重构的模型,以一浮式半潜平台为算例进行时域全耦合分析,就锚泊定位与动力辅助锚泊定位对平台气隙影响的敏感性展开研究,深入探索了定位方式差异对平台气隙的影响特性及其机理.研究得到如下结论:动力辅助锚泊定位平台较之于纯锚泊定位平台,锚链对平台的垂向约束相对较小,在垂向方向,平台与波浪之间的随动性更好,从而减小了平台与水质点之间的相对运动,对气隙有着较好的改善效果.在同等工况下,锚泊定位方式平台发生负气隙的概率大于动力辅助锚泊定位方式平台,其波浪砰击也更为剧烈.在平台气隙数值模拟时,应充分考虑定位方式差异对平台安全作业的影响.     

基于结构可靠性的锚泊辅助动力定位滑模控制

针对长年累月定位在深海恶劣海况下的浮式生产储卸油装置(Floating Production Storage and Offloading vessels,FPSOs)的作业安全问题,本文提出了一种基于缆线结构性的锚泊辅助动力定位滑模控制方法。通过引入结构可靠性因子,表征锚泊系统缆线的安全,在此基础上设计一种新型滑模控制器,通过控制结构可靠性因子和艏向以达到FPSO锚泊辅助定位目的,并证明了系统的稳定性。通过一系列的仿真实验,证明了所提出的基于结构可靠性滑模控制器的有效性、安全性和节能性。     

DP-3动力定位控制系统在钻井平台上的应用

以"海洋石油981"钻井平台项目为例,重点阐述在此项目中的DP-3动力定位控制系统、生产设计及其在DP控制网络上的应用。     

模糊控制技术在船舶动力定位中的应用研究

在进行某船动力定位系统的设计过程中,采用了模糊控制器作为系统的控制器,并针对仿真过程中出现的问题进行优化,得到了一个切实可行的模糊控制器,并对该模糊控制器进行了仿真试验验证。     

IGBT动态di/dt控制电路实现方法

提出一种具体的IGBT动态di/dt控制电路。该di/dt控制电路通过调节电阻来调整门极-集电极电容的值,使di/dt被控制在一个较宽的范围。该控制电路能独立控制开关电流上升率和下降率,并且电路采用一个统一的24V电源供电,也就避免了外加电源太多,各节点电压出现变化而导致镜像电流源工作失效情况的发生。通过仿真结果验证了该电路的可行性和有效性。     

环境最优区域动力定位控制方法的研究

环境最优区域控制是以能耗最小化为目标的船舶动力定位控制方法。环境最优区域控制是根据平均环境作用力自动控制船舶艏向至最优艏向角,通过对船舶状态的预测控制,在不使用任何环境传感器的情况下,用最少的能量,使其保持在限定的区域内运动,达到节约燃料、减少有害气体排放的目的。首先,建立了船舶数学模型,并采用环境最优艏向控制思想,使船舶以固定的半径和很小的回转速度做定常回转运动直至平衡位置,找到最优艏向角。在回转运动过程中,利用所设计的带有积分环节的非线性反步控制法对船舶运动进行控制。然后,通过预测船舶的状态,以能耗和精度为最优目标函数,采用滚动优化策略研究了区域预测控制,使船舶运动保持在限定的区域内。最后,对所研究的控制方法进行了仿真验证。结果表明,该方法达到了环境最优区域控制的目的。     

模糊滑模控制在船舶航向非线性系统中的应用

针对一类不确定的非线性系统,把模糊自适应和滑模控制相结合,设计了一种积分滑模控制器。该方法采用模糊逻辑逼近非线性函数,并且为了消除常规滑模控制器被跟踪信号及其导数已知的限制,在滑模控制中引入了积分项;基于Lyapunov方法导出在线调节的切换增益自适应律,有效的克服了系统固有的抖振问题。理论分析证明了闭环系统的稳定性和跟踪误差收敛于零的某邻域内。用该控制器对船舶航向进行跟踪控制的仿真研究结果表明:该控制器具有较强的鲁棒性和较好的跟踪性能。     

H2控制方法中加权函数对海洋平台振动控制效果的影响分析

采用具有鲁棒性能的H2控制方法对海洋平台的过度振动进行控制,给出与控制效果相关的加权函数W1和与控制力相关的加权函数W2的表达形式,以一典型平台为例,重点分析加权函数中各参数对振动控制效果及所需控制力的影响趋势,并对加权函数中的各参数进行敏感性分析。