鋪設作業(yè)時的鋪管船循跡控制技術(shù)研究.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟的高速發(fā)展,對油氣等石化能源的需求越來越多,而陸地上的資源儲備已不能滿足人們的需求,許多國家已經(jīng)對海洋油氣資源進行大規(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。而作為鋪設海洋管道最經(jīng)常使用的裝備——鋪管船就成為研究的重點。
　　首先,建立系統(tǒng)的數(shù)學模型?？紤]一些可行的假設條件對六自由度船舶模型進行簡化,得到三自由度的水面船舶模型;對于海風、海浪以及海流等外

2、界環(huán)境干擾力采用經(jīng)驗公式分別對其建立相應的數(shù)學模型;為了管道的安全鋪設簡要地分析了管道的結(jié)構(gòu),并基于自然懸鏈線理論,詳細地推導了管道的數(shù)學模型,并采用軟件仿真的方法,對建立的管道模型進行了驗證。建立起來的這些數(shù)學模型為下文設計合適的控制器奠定了數(shù)學基礎。
　　其次,選擇鋪管船鋪設作業(yè)時的循跡導引策略。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)前者通過幾何運算,得到鋪管船的規(guī)劃航跡;介紹了鋪管船運動控制系統(tǒng)的組成、三層

3、分級以及各層級相應的功能;船舶航跡點計算的常規(guī)LOS算法由于收斂速度低,將其改進為基于最小動態(tài)半徑的動態(tài)LOS算法,并對兩種LOS算法進行了仿真對比驗證;基于最小動態(tài)半徑的動態(tài)LOS算法和綜合循跡控制策略,設計了鋪管船鋪設作業(yè)時的循跡導引策略。
　　最后,分別設計了鋪設作業(yè)時的鋪管船滑模變結(jié)構(gòu)和自適應滑模循跡控制器?？紤]到滑模變結(jié)構(gòu)控制的較強魯棒性,把滑模變結(jié)構(gòu)控制應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。自適應控制在

4、處理不確定參數(shù)時效果更佳,但其魯棒性較差,因此把二者結(jié)合起來設計了鋪管船自適應滑模循跡控制器具備兩種控制方法的優(yōu)點,可以通過Lyapunov穩(wěn)定判據(jù)獲得不確定參數(shù)的自適應率。在自適應滑模算法中采用飽和函數(shù)取代滑膜控制中的符號函數(shù)來減低系統(tǒng)的抖振,并利用邊界層算法來估計外界干擾對系統(tǒng)的影響,通過單位矩陣把對不確定矩陣的估計轉(zhuǎn)化為一個參數(shù)的估計,使控制器的設計得到簡化。
　　基于動態(tài)LOS算法的循跡導引策略,對設計的鋪管船滑模變結(jié)構(gòu)循