鋪設(shè)作業(yè)時(shí)的鋪管船循跡控制技術(shù)研究.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,對(duì)油氣等石化能源的需求越來越多,而陸地上的資源儲(chǔ)備已不能滿足人們的需求,許多國家已經(jīng)對(duì)海洋油氣資源進(jìn)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(yùn)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(shè)海洋管道最經(jīng)常使用的裝備——鋪管船就成為研究的重點(diǎn)。
　　首先,建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型?？紤]一些可行的假設(shè)條件對(duì)六自由度船舶模型進(jìn)行簡(jiǎn)化,得到三自由度的水面船舶模型;對(duì)于海風(fēng)、海浪以及海流等外

2、界環(huán)境干擾力采用經(jīng)驗(yàn)公式分別對(duì)其建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型;為了管道的安全鋪設(shè)簡(jiǎn)要地分析了管道的結(jié)構(gòu),并基于自然懸鏈線理論,詳細(xì)地推導(dǎo)了管道的數(shù)學(xué)模型,并采用軟件仿真的方法,對(duì)建立的管道模型進(jìn)行了驗(yàn)證。建立起來的這些數(shù)學(xué)模型為下文設(shè)計(jì)合適的控制器奠定了數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。
　　其次,選擇鋪管船鋪設(shè)作業(yè)時(shí)的循跡導(dǎo)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(yùn)算,得到鋪管船的規(guī)劃航跡;介紹了鋪管船運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成、三層

3、分級(jí)以及各層級(jí)相應(yīng)的功能;船舶航跡點(diǎn)計(jì)算的常規(guī)LOS算法由于收斂速度低,將其改進(jìn)為基于最小動(dòng)態(tài)半徑的動(dòng)態(tài)LOS算法,并對(duì)兩種LOS算法進(jìn)行了仿真對(duì)比驗(yàn)證;基于最小動(dòng)態(tài)半徑的動(dòng)態(tài)LOS算法和綜合循跡控制策略,設(shè)計(jì)了鋪管船鋪設(shè)作業(yè)時(shí)的循跡導(dǎo)引策略。
　　最后,分別設(shè)計(jì)了鋪設(shè)作業(yè)時(shí)的鋪管船滑模變結(jié)構(gòu)和自適應(yīng)滑模循跡控制器。考慮到滑模變結(jié)構(gòu)控制的較強(qiáng)魯棒性,把滑模變結(jié)構(gòu)控制應(yīng)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(yīng)控制在

4、處理不確定參數(shù)時(shí)效果更佳,但其魯棒性較差,因此把二者結(jié)合起來設(shè)計(jì)了鋪管船自適應(yīng)滑模循跡控制器具備兩種控制方法的優(yōu)點(diǎn),可以通過Lyapunov穩(wěn)定判據(jù)獲得不確定參數(shù)的自適應(yīng)率。在自適應(yīng)滑模算法中采用飽和函數(shù)取代滑膜控制中的符號(hào)函數(shù)來減低系統(tǒng)的抖振,并利用邊界層算法來估計(jì)外界干擾對(duì)系統(tǒng)的影響,通過單位矩陣把對(duì)不確定矩陣的估計(jì)轉(zhuǎn)化為一個(gè)參數(shù)的估計(jì),使控制器的設(shè)計(jì)得到簡(jiǎn)化。
　　基于動(dòng)態(tài)LOS算法的循跡導(dǎo)引策略,對(duì)設(shè)計(jì)的鋪管船滑模變結(jié)構(gòu)循