導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)振動(dòng)智能自適應(yīng)逆控制研究.pdf

1、隨著海洋開發(fā)的不斷發(fā)展，越來越多大型柔性結(jié)構(gòu)的海洋平臺(tái)被用于海底鉆探和石油開采。海洋平臺(tái)長期在惡劣的海洋環(huán)境中工作，經(jīng)常要承受風(fēng)、浪、流和潮汐等環(huán)境載荷的作用，在這些環(huán)境載荷的作用下海洋平臺(tái)可能發(fā)生有害振動(dòng)。振動(dòng)響應(yīng)過大不但會(huì)危害人員的身心健康，使平臺(tái)設(shè)備儀器失靈或損壞，還會(huì)導(dǎo)致海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)疲勞破壞，降低平臺(tái)可靠性，威脅平臺(tái)結(jié)構(gòu)安全，因此如何有效地控制海洋平臺(tái)的有害振動(dòng)就顯得非常重要。采用被動(dòng)控制方法控制海洋平臺(tái)的振動(dòng)，控制的頻帶范圍有

2、限。應(yīng)用基于精確數(shù)學(xué)模型的主動(dòng)控制方法控制海洋平臺(tái)的振動(dòng)，對(duì)于海洋平臺(tái)這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、參數(shù)易變，外載荷具有隨機(jī)性和不確定性的系統(tǒng)很難達(dá)到理想的控制效果。在海洋平臺(tái)振動(dòng)主動(dòng)控制過程中，控制信號(hào)傳輸延時(shí)會(huì)使控制系統(tǒng)發(fā)生振蕩、不穩(wěn)定甚至發(fā)散，因此如何減小控制過程中的時(shí)延也是一個(gè)急待解決的問題。近些年發(fā)展起來的智能控制方法可有效地解決海洋平臺(tái)振動(dòng)控制中存在的問題，為此本文應(yīng)用智能自適應(yīng)逆控制方法對(duì)隨機(jī)波浪載荷和風(fēng)載荷激勵(lì)下導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)的振動(dòng)響

3、應(yīng)進(jìn)行控制。本文的主要工作如下：
　　 (1)基于動(dòng)態(tài)剛度陣法的導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算
　　 本文通過數(shù)值方法模擬作用在導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)上的波浪載荷和風(fēng)載荷。動(dòng)態(tài)剛度陣法是一種非常有效的結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析方法，具有計(jì)算速度快、計(jì)算準(zhǔn)確的特點(diǎn)，所以本文應(yīng)用動(dòng)態(tài)剛度陣法計(jì)算導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)在波浪載荷和風(fēng)載荷作用下的動(dòng)力響應(yīng)，為導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)振動(dòng)主動(dòng)控制研究提供了前提條件。
　　 (2)建立了基于動(dòng)態(tài)剛度陣法的導(dǎo)管架

4、式海洋平臺(tái)振動(dòng)智能自適應(yīng)逆控制模型
　　 本文將動(dòng)態(tài)剛度陣法、智能算法和自適應(yīng)逆控制方法相結(jié)合，建立了基于動(dòng)態(tài)剛度陣法的導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)振動(dòng)智能自適應(yīng)逆控制模型。自適應(yīng)逆控制是通過建立被控系統(tǒng)的逆模型，然后將逆模型作為控制器，分別利用前饋控制器和擾動(dòng)消除控制器控制被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)性能和擾動(dòng)。智能算法具有很強(qiáng)的辨識(shí)和泛化能力，適合處理具有不確定性和非線性的問題，為此本文應(yīng)用智能算法辨識(shí)導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)的逆模型。將動(dòng)態(tài)剛度陣法計(jì)算出的

5、波浪載荷作用下海洋平臺(tái)振動(dòng)響應(yīng)作為前饋控制器的輸入信號(hào)，利用前饋控制器對(duì)波浪載荷激勵(lì)下的平臺(tái)振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行控制，將前饋控制后的平臺(tái)響應(yīng)作為擾動(dòng)消除控制器的輸入信號(hào)，利用擾動(dòng)消除控制器對(duì)風(fēng)載荷等擾動(dòng)進(jìn)行控制。
　　 (3)智能算法及導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)振動(dòng)智能自適應(yīng)預(yù)測(cè)逆控制研究
　　 (a)本文應(yīng)用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)的逆模型，將逆模型作為逆控制器，對(duì)隨機(jī)波浪載荷和風(fēng)載荷激勵(lì)下導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)的有害振動(dòng)進(jìn)行控制，通

6、過數(shù)值算例驗(yàn)證了本文的控制模型是有效、可行的。
　　 (b)本文首次將支持向量機(jī)應(yīng)用于導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)振動(dòng)主動(dòng)控制中，應(yīng)用支持向量機(jī)辨識(shí)海洋平臺(tái)的逆模型，并將辨識(shí)的逆模型作為逆控制器，對(duì)導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)進(jìn)行自適應(yīng)預(yù)測(cè)逆控制，通過數(shù)值算例驗(yàn)證了該控制方法可有效地控制平臺(tái)的振動(dòng)響應(yīng)。
　　 (c)本文將粗糙集和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合構(gòu)造一種新的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，利用粗糙集理論簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練、計(jì)算速度。應(yīng)用粗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)導(dǎo)管架

7、式海洋平臺(tái)進(jìn)行自適應(yīng)預(yù)測(cè)逆控制，數(shù)值算例驗(yàn)證了粗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有計(jì)算速度快，辨識(shí)和泛化能力強(qiáng)等特點(diǎn)，基于粗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)逆控制方法可有效地控制導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)的振動(dòng)響應(yīng)。
　　 (d)本文將灰局勢(shì)決策理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合構(gòu)造一種新的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，基于以往效果測(cè)度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)和泛化能力比較弱，為此本文提出一種新的效果測(cè)度，通過定義和數(shù)值算例證明了本文所提出效果測(cè)度的合理性和有效性。將基于新效果測(cè)度的灰局勢(shì)決策理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相融合，

8、構(gòu)建了一個(gè)新型的灰神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)明確，計(jì)算簡單，充分發(fā)揮了灰局勢(shì)決策理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)各自的優(yōu)點(diǎn)。將構(gòu)建的灰神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為自適應(yīng)預(yù)測(cè)逆控制器，對(duì)導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)進(jìn)行振動(dòng)主動(dòng)控制。通過數(shù)值仿真結(jié)果可以看出，基于灰神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)預(yù)測(cè)逆控制方法可以有效地控制在波浪載荷和風(fēng)載荷共同作用下導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)的振動(dòng)響應(yīng)。
　　 (e)本文將灰預(yù)測(cè)理論、動(dòng)態(tài)剛度陣法、智能算法和自適應(yīng)逆控制方法結(jié)合，建立了一種新的基于灰預(yù)測(cè)理論和動(dòng)態(tài)剛度陣