導(dǎo)管架式海洋平臺振動智能自適應(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)的海洋平臺被用于海底鉆探和石油開采。海洋平臺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可能發(fā)生有害振動。振動響應(yīng)過大不但會危害人員的身心健康，使平臺設(shè)備儀器失靈或損壞，還會導(dǎo)致海洋平臺結(jié)構(gòu)疲勞破壞，降低平臺可靠性，威脅平臺結(jié)構(gòu)安全，因此如何有效地控制海洋平臺的有害振動就顯得非常重要。采用被動控制方法控制海洋平臺的振動，控制的頻帶范圍有

2、限。應(yīng)用基于精確數(shù)學(xué)模型的主動控制方法控制海洋平臺的振動，對于海洋平臺這種結(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。在海洋平臺振動主動控制過程中，控制信號傳輸延時會使控制系統(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延也是一個急待解決的問題。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振動控制中存在的問題，為此本文應(yīng)用智能自適應(yīng)逆控制方法對隨機(jī)波浪載荷和風(fēng)載荷激勵下導(dǎo)管架式海洋平臺的振動響

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

4、式海洋平臺振動智能自適應(yīng)逆控制模型
　　 本文將動態(tài)剛度陣法、智能算法和自適應(yīng)逆控制方法相結(jié)合，建立了基于動態(tài)剛度陣法的導(dǎo)管架式海洋平臺振動智能自適應(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消除控制器控制被控對象的動態(tài)性能和擾動。智能算法具有很強(qiáng)的辨識和泛化能力，適合處理具有不確定性和非線性的問題，為此本文應(yīng)用智能算法辨識導(dǎo)管架式海洋平臺的逆模型。將動態(tài)剛度陣法計算出的

5、波浪載荷作用下海洋平臺振動響應(yīng)作為前饋控制器的輸入信號，利用前饋控制器對波浪載荷激勵下的平臺振動響應(yīng)進(jìn)行控制，將前饋控制后的平臺響應(yīng)作為擾動消除控制器的輸入信號，利用擾動消除控制器對風(fēng)載荷等擾動進(jìn)行控制。
　　 (3)智能算法及導(dǎo)管架式海洋平臺振動智能自適應(yīng)預(yù)測逆控制研究
　　 (a)本文應(yīng)用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識導(dǎo)管架式海洋平臺的逆模型，將逆模型作為逆控制器，對隨機(jī)波浪載荷和風(fēng)載荷激勵下導(dǎo)管架式海洋平臺的有害振動進(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)管架式海洋平臺振動主動控制中，應(yīng)用支持向量機(jī)辨識海洋平臺的逆模型，并將辨識的逆模型作為逆控制器，對導(dǎo)管架式海洋平臺進(jìn)行自適應(yīng)預(yù)測逆控制，通過數(shù)值算例驗(yàn)證了該控制方法可有效地控制平臺的振動響應(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、計算速度。應(yīng)用粗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對導(dǎo)管架

7、式海洋平臺進(jìn)行自適應(yīng)預(yù)測逆控制，數(shù)值算例驗(yàn)證了粗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有計算速度快，辨識和泛化能力強(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)管架式海洋平臺的振動響應(yīng)。
　　 (d)本文將灰局勢決策理論和神經(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)，基于以往效果測度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識和泛化能力比較弱，為此本文提出一種新的效果測度，通過定義和數(shù)值算例證明了本文所提出效果測度的合理性和有效性。將基于新效果測度的灰局勢決策理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相融合，

8、構(gòu)建了一個新型的灰神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)明確，計算簡單，充分發(fā)揮了灰局勢決策理論和神經(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)測逆控制器，對導(dǎo)管架式海洋平臺進(jìn)行振動主動控制。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)管架式海洋平臺的振動響應(yīng)。
　　 (e)本文將灰預(yù)測理論、動態(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)測理論和動態(tài)剛度陣