導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)的主動(dòng)控制問題研究.pdf

1、近年來，陸地能源資源的稀缺制約著各國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，對(duì)資源的需求促使人們深入開發(fā)海洋資源。作為開發(fā)海洋的基本設(shè)施，海洋平臺(tái)工作環(huán)境惡劣，長期受到風(fēng)、浪、流甚至冰、地震的作用，這既加劇了平臺(tái)構(gòu)件的疲勞破壞，降低了平臺(tái)的可靠度和構(gòu)件強(qiáng)度，又會(huì)引起平臺(tái)上工作人員的不適感和影響機(jī)器設(shè)備的正常運(yùn)行。因此，對(duì)海洋平臺(tái)振動(dòng)控制的研究具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制大體可分為被動(dòng)控制和主動(dòng)控制兩種。被動(dòng)控制無需向系統(tǒng)輸入外部

2、能量，它是依靠結(jié)構(gòu)中的阻尼元件來耗散結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量，以達(dá)到減小結(jié)構(gòu)振動(dòng)的目的。被動(dòng)控制具有簡單、成本低、容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，但是它缺少控制上的靈活性，其控制效果依賴于外部激勵(lì)的特性，一般只對(duì)高頻振動(dòng)有效。對(duì)于現(xiàn)代控制系統(tǒng)，目前人們?cè)絹碓蕉嗟仃P(guān)注采用主動(dòng)控制策略來抑制結(jié)構(gòu)振動(dòng)。主動(dòng)控制需要外部能量輸入系統(tǒng)，它是通過主動(dòng)地調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的主動(dòng)阻尼和主動(dòng)剛度，以達(dá)到減小結(jié)構(gòu)振動(dòng)的目的。主動(dòng)控制策略的控制效果明顯優(yōu)于被動(dòng)控制策略，而且不受外部激勵(lì)特性的影

3、響，因此近幾十年來，對(duì)結(jié)構(gòu)的主動(dòng)控制的研究受到了大量學(xué)者的普遍關(guān)注，自動(dòng)控制領(lǐng)域的各種控制方法皆被引入到了結(jié)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控制的研究中。
　　本文將結(jié)構(gòu)主動(dòng)控制領(lǐng)域的研究成果應(yīng)用到了海洋平臺(tái)的振動(dòng)主動(dòng)控制中，對(duì)導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)的主動(dòng)控制及其相關(guān)問題進(jìn)行了探索研究。本文研究得到了國家自然科學(xué)基金（編號(hào)：11072146,11002087）、海洋工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研究課題（編號(hào)：GKZD010807）的資助，主要研究內(nèi)容和成果如下：<

4、br>　?。?）閱讀了大量相關(guān)文獻(xiàn)，較為全面地綜述了近年來海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的研究進(jìn)展。
　?。?）將系統(tǒng)辨識(shí)方法引入到了導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)中，給出了一個(gè)基于系統(tǒng)輸入和輸出數(shù)據(jù)的低維狀態(tài)模型的建模方法，并基于該低維模型進(jìn)行主動(dòng)控制的設(shè)計(jì)。首先對(duì)海洋平臺(tái)的有限元模型施加白噪聲激勵(lì)力，計(jì)算得到平臺(tái)結(jié)構(gòu)頂端的位移響應(yīng)，將激勵(lì)力和位移響應(yīng)分別作為系統(tǒng)的輸入和輸出，采用基于觀測器/Kalman濾波器的系統(tǒng)辨識(shí)方法，結(jié)合特征系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)算法，建立

5、了一個(gè)低維狀態(tài)空間模型。基于此模型采用線性高斯二次最優(yōu)算法（LQG）設(shè)計(jì)控制器，將控制器引入到有限元模型進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果顯示，基于觀測器/Kalman濾波器的系統(tǒng)辨識(shí)方法能夠有效地辨識(shí)出系統(tǒng)的Markov參數(shù)，特征系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)算法能夠得到精確的系統(tǒng)低維模型，基于低維模型的LQG控制能有效地抑制海洋平臺(tái)的振動(dòng)。
　?。?）采用變結(jié)構(gòu)控制算法研究了海洋平臺(tái)的載荷識(shí)別和主動(dòng)控制問題。通過擾動(dòng)力觀測器對(duì)未知載荷進(jìn)行識(shí)別，并針對(duì)識(shí)別出的載荷設(shè)計(jì)變