基于灰预测和粗神经网络的海洋平台逆控制研究

导管架式海洋平台在随机波浪等外载荷作用下极易产生有害振动,且其动力响应具有极强的非线性和时变性,采用被动控制方法和基于精确数学模型的主动控制方法控制海洋平台的有害振动很难达到理想的控制效果.为此文中将灰预测和粗神经网络相结合,提出了一种基于灰预测和粗神经网络的预测逆控制方法,并将其与动态刚度阵法相结合用于导管架式海洋平台的振动主动控制中.数值算例分析表明此种控制方法可有效地控制波浪和风载荷作用而引起的导管架式平台的有害振动,并能解决由于控制信号传输等原因引起的时滞问题.     

基于动态刚度阵法的海洋平台动力响应分析

导管架式海洋平台是人类开发和利用海洋资源的重要工程设施,动态刚度阵法是解决工程中结构振动问题的一个强有力的工具,其可以通过较少的单元数计算出结构固有频率和固有振型,减少结构的自由度数,随着计算频率的升高,DSM法无需进一步细化单元.本文应用DSM法建立导管架式海洋平台模型,将导管架式海洋平台简化成平面刚架结构,计算了导...     

基于X-LMS自适应逆控制理论的船舶自动舵研究

本文分析了自适应逆控制理论和X—滤波LMS自适应逆控制算法，并针对船舶自动舵特点，用修正传递函数的方式来稳定船舶操纵模型，使用LMS算法对船舶进行模型参数辩识和控制器的设计。仿真结果表明，与PID控制相比，X—滤波LMS自适应逆控制算法具有动态响应快，抗扰动性好等特点。     

基于GD-FNN和参考模型的无人艇航向鲁棒自适应控制

为使无人艇在复杂环境干扰下能按希望要求改变航向,本文设计了一种基于广义动态模糊神经网络和参考模型的鲁棒自适应控制器.首先针对因环境干扰产生的不确定干扰项基于广义动态模糊神经网络建立了无人艇运动控制的逆动态模型,设计了模糊神经网络的自适应率以进一步调整神经网络权值,并结合无人艇运动控制模型的参考模型设计了无人艇航向鲁棒自适应控制器,然后通过Lyapunov稳定性理论,证明了基于该控制器的无人艇航向控制系统的稳定性,最后采用半物理仿真实验验证了该控制方法的有效性和准确性.     

基于BP神经网络的深水自升式海洋平台半主动控制方法研究

传统的主动控制算法依赖于精确的结构模型,为了克服这一缺点,文中结合线性反馈控制方法和BP神经网络,提出一种适用于深水自升式海洋平台的半主动控制方法.以一深水自升式海洋平台为例,对其在极端海况下结构振动响应的控制效果进行了数值仿真,分析了不同环境载荷参数和平台参数情况下该方法的鲁棒性能.仿真结果表明:BP神经网络半主动控制方法能够有效的控制自升式平台振动响应,同时具有很好的鲁棒性能.     

船舶自适应逆控制操舵

经典反馈控制将对象动态响应的控制和噪声的消除放在同一个过程中进行,这种方法往往会产生为了满足一个指标而牺牲另外一个指标的矛盾.本文介绍了一种新的控制方法--自适应逆控制,阐述了自适应逆控制的特点,讨论了自适应逆控制系统的三个基本单元--对象建模、逆控制器建模和扰动消除器.自适应逆控制将对象动态响应的控制和噪声的消除分开来考虑,解决了上述经典反馈控制的矛盾.在仿真软件Matlab上进行船舶自动舵仿真时,分别采用了自适应逆控制方案的ELS(增广最小二乘)算法和经典反馈控制的PID(比例积分微分)算法.仿真结果表明了自适应逆控制的优点.     

海洋平台磁流变阻尼器振动控制模型试验

以一位于墨西哥湾的典型导管架式海洋平台为原型,根据动力相似准则按1:50比例设计海洋平台结构模型.在此基础上采用模糊控制原理设计以磁流变阻尼器(MR)为控制装置的半主动控制系统.在波浪水池中进行了多种工况模型试验,对平台在规则波、不规则波作用下的减振效果进行了试验研究.试验结果表明,采用模糊原理设计的磁流变阻尼器半主动控制系统能够对海洋平台结构的振动进行有效的控制,且控制效果稳定.     

海洋平台的振动试验方案及其模型设计

针对海洋平台的振动具有低频、高幅的特点，提出了振动主动控制的试验方案。振动主动控制可改善台上人员的工作条件、提高生产效率、延长海洋平台及台载机械使用寿命，已成为提升海洋平台综合性能的潜在技术手段。该试验装置包括振动试验模型、激振器、作动器、主机及DSP板、低通滤波器、信号放大器等。根据对海洋平台的类型、特点及振动控制研究的分析，设计了用于海洋平台振动主动控制试验的两个模型，一个用于研究水平面两个方向的振动，另一个用于研究纵向振动。海洋平台振动试验模型采用柔性较强的材料，支架模型采用刚性较强的槽钢。对于第一个模型进行了必要的强度和刚度计算。设计的模型可用于海洋平台的概念性振动主动控制试验，对海洋平台的振动主动控制提供理论指导。     

基于模糊PID控制的海洋绞车排缆系统

海洋绞车排缆控制系统易受负载扰动、系统参数变化等不确定因素的影响,且常规PID(Proportion-Integral-Derivative)控制器的抗干扰能力较差、排缆精度较低,由此,设计基于模糊PID控制的海缆绞车排缆系统。从理论上分析海洋绞车排缆系统的工作机理,详细阐述模糊控制算法并设计模糊PID控制器。在MATLAB/SIMULINK软件中依据矢量控制和SVPWM调制原理建立排缆控制系统模型。对建立的模型进行仿真,并将其与常规PID控制系统相对比。仿真结果表明,所设计的系统具有响应快、超调量小和抗干扰能力强等优点,能较好地满足排缆控制系统的性能要求。     

波浪荷载作用下海洋平台半主动控制试验研究

为研究半主动控制方法对波浪荷载引起海洋平台振动控制的效果及特点,以一典型导管架式海洋平台为原型,根据动力相似准则按1∶50比例设计海洋平台结构模型,以磁流变阻尼器为半主动控制实现装置,优化设计半主动控制系统.在此基础上进行了规则波和不规则波2种工况下波浪水池模型试验,对平台在波浪荷载作用下的减振效果进行了研究.试验结果表明:磁流变阻尼器半主动控制系统能够对平台结构的振动进行有效地控制,且控制效果较稳定.     

海洋平台磁流变模糊半主动振动控制研究

为更有效地减小海洋平台动力响应,采用基于模糊控制算法的磁流变阻尼器对海洋平台的振动进行控制.以海洋平台位移响应误差和误差变化为输入变量、以最优控制力为输出变量,优化设计出模糊控制器,根据磁流变半主动控制算法提供接近于最优控制力的半主动控制力.数值仿真结果表明:在模糊磁流变控制中,无论是对于位移反应、速度反应还是加速度反应都可以实现非常有效的控制.     

Active response control of an offshore structure under wave loads using a modified probabilistic neural network

Offshore structures are subjected to wave, wind, and earthquake loads. The failure of offshore structures can cause sea pollution as well as loss of property and life. Therefore, the safety of such structures is an important issue. The reduction of the dynamic response of an offshore structure subjected to wind-generated random ocean waves is another critical problem with regard to the serviceability, fatigue life, and safety of the structure. In this article, the responses of offshore structures under random ocean waves are controlled using a modified probabilistic neural network (MPNN). As a more advanced method, it uses the global probability density function (PDF) produced by summing the heterogeneous local PDFs automatically determined from the individual standard deviation of each variable. The state vectors in a state-space model of a structure and the resulting control forces made by a linear quadratic regulator algorithm were used to generate the training patterns for the MPNN and a conventional multilayer perceptron (MLP). The results were compared with those produced by back-propagation based on the MLP. The proposed MPNN method shows good results not only in controlling the responses but also in terms of the computation time.     

随机波浪载荷作用下深水自升式海洋平台动力响应分析

基于有限元方法,建立了深水自升式海洋平台的数学模型。结合线性化的莫里森方程和随机波浪理论,采用谱分析方法计算随机波浪栽荷。以某典型深水自升式海洋平台为原型,利用ANSYS有限元软件建立了平台的有限元模型。在此基础上,对平台结构分剐进行了的模态分析和动力响应分析,分析得到了平台的频率特性和动力特性。     

Nonlinear random motion analysis of coupled heave-pitch motions of a spar platform considering 1st-order and 2nd-order wave loads

In this study, we consider first- and second-order random wave loads and the effects of time-varying displacement volume and transient wave elevation to establish motion equations of the Spar platform’s coupled heave-pitch. We generated random wave loads based on frequency-domain wave load transfer functions and the Joint North Sea Wave Project (JONSWAP) wave spectrum, designed program codes to solve the motion equations, and then simulated the coupled heave-pitch motion responses of the platform in the time domain. We then calculated and compared the motion responses in different sea conditions and separately investigated the effects of second-order random wave loads and transient wave elevation. The results show that the coupled heave-pitch motion responses of the platform are primarily dominated by wave height and the characteristic wave period, the latter of which has a greater impact. Second-order mean wave loads mainly affect the average heave value. The platform’s pitch increases after the second-order low frequency wave loads are taken into account. The platform’s heave is underestimated if the transient wave elevation term in the motion equations is neglected.     

海洋浮式平台气隙的数值预报

以海洋浮式平台为研究对象,运用三维势流理论结合半经验Morison方程的方法计算了规则波下的水动力系数以及运动响应传递函数,并运用短期预报方法对平台气隙进行了分析。研究结果表明,其水动力性能与波浪频率密切相关,平台的气隙短期预报显示波浪在浮箱首尾部分负气隙严重,即有强烈的波浪砰击现象,平台结构设计时要充分考虑到该区域的波浪砰击载荷。     

Experimental study of freak wave impacts on a tension-leg platform

This study investigates the freak wave impinging on a tension-leg platform through wave flume experiments. The freak waves are generated using the focused wave theory. By adjusting the wave focusing location, different incident wave scenarios at the structure location are produced. Simultaneous measurements of wave shape evolutions upon impingement, wave impact pressures on the platform deck, platform motions and tether forces are carried out for synchronized analyses of the wave kinematics/dynamics and structural responses. The variation of these parameters with the incident wave profile is studied. It is found that although applying less intensive local impact pressures as compared to the highly-breaking freak wave, the slightly-breaking or non-breaking freak wave imposes the same level of adverse effect on the platform's global stability in terms of motions and tether forces. In addition, the high-crest freak wave causes violent motions of the floating platform, which are likely to induce snap loads of large amplitude and high occurrence frequency in tethers. The published results would provide useful benchmarks for validating numerical and analytical models.     

二维物体上的二阶波浪力

近年来,作用于固定式或浮式海洋结构物上的非线性波浪力正在引起广泛的注意。本文处理了规则波对固定的二维物体的二阶非线性影响,协调地求得了二阶绕射势,并进而得到了二阶定常波浪力和二阶倍频波浪力。 借助于切片理论,此方法和结果似也可用来预估船舶或某些半潜平台的二阶波浪作用力和二阶运动。     

考虑一阶和二阶力spar平台垂荡-纵摇非线性耦合运动时域分析（英文）

In this study, the coupled heave-pitch motion equations of a spar platform were established by considering 1st-order and 2nd-order random wave loads and the effects of time-varying displacement volume and transient wave elevation. We generated random wave loads based on frequency-domain wave load transfer functions and the Joint North Sea Wave Project(JONSWAP) wave spectrum, designed program codes to solve the motion equations, and then simulated the coupled heave-pitch motion responses of the platform in the time domain. We then calculated and compared the motion responses in different sea conditions and separately investigated the effects of 2nd-order random wave loads and transient wave elevation. The results show that the coupled heave-pitch motion responses of the platform are primarily dominated by wave height and the characteristic wave period, the latter of which has a greater impact. 2nd-order mean wave loads mainly affect the average heave value. The platform's pitch increases after the 2nd-order low frequency wave loads are taken into account. The platform's heave is underestimated if the transient wave elevation term in the motion equations is neglected.     

半潜式钻井服务支持平台随机风载荷特性研究

风载荷是海洋平台设计载荷之一,直接关系到平台稳性,确定平台在不同工况下的风荷载对于平台安全设计具有重要的工程意义.该文基于Fluent软件结合自编UDF程序,考虑Davenport、NPD以及API三种典型风谱的影响,利用简谐波叠加法将风谱由频域转换为时域内的随机脉动风速,引入雷诺平均法求解NS方程结合分离涡(DES)湍流模型对半潜式钻井服务支持平台在自存海况下的风力和风倾力矩开展了数值研究,并将数值模拟得到的最大风力及风倾力矩与ABS、DNV以及CCS的计算结果进行了对比验证.计算结果表明:平台受到的风力和风倾力矩与风谱自身特性、平台倾斜角及风向角等因素密不可分;同一工况下采用Davenport与NPD风谱计算时平台受到的平均风力(矩)较为接近;NPD风谱作用时平台受到的随机最大风力(矩)最大;采用API与NPD风谱计算时,各工况下最小风力(矩)随风向角的变化趋势、计算结果均基本一致.     

深水半潜平台波浪载荷模型试验研究

波浪载荷作为海洋平台在生命期内最重要的载荷形式,正确评估海洋平台的波浪载荷对结构的安全性具有重要意义.本文对一座深水半潜平台的波浪载荷进行模型试验和数值计算验证研究,模型缩尺比为1:40.采用三维势流理论对半潜平台的波浪载荷进行数值仿真验证计算.验证结果表明本次模型试验方法较好地模拟了半潜式平台所承受的波浪载荷,其研究成果,可为半潜平台的设计提供支持.