原文传递
铺设作业时的铺管船循迹控制技术研究
| 论文题名： | 铺设作业时的铺管船循迹控制技术研究 |
| 关键词： | 铺管船;悬链线理论;铺设作业;循迹控制;滑模变结构 |
| 摘要： | 随着世界经济的高速发展,对油气等石化能源的需求越来越多,而陆地上的资源储备已不能满足人们的需求,许多国家已经对海洋油气资源进行大规模开采、利用。海洋油气一般都是经由管道输送到陆地或海上集运站,由此可知管道在海洋油气资源开发中有重要作用。而作为铺设海洋管道最经常使用的装备——铺管船就成为研究的重点。 首先,建立系统的数学模型。考虑一些可行的假设条件对六自由度船舶模型进行简化,得到三自由度的水面船舶模型;对于海风、海浪以及海流等外界环境干扰力采用经验公式分别对其建立相应的数学模型;为了管道的安全铺设简要地分析了管道的结构,并基于自然悬链线理论,详细地推导了管道的数学模型,并采用软件仿真的方法,对建立的管道模型进行了验证。建立起来的这些数学模型为下文设计合适的控制器奠定了数学基础。 其次,选择铺管船铺设作业时的循迹导引策略。由于管道参考路径与铺管船的参考航迹间有较大差异,因此根据前者通过几何运算,得到铺管船的规划航迹;介绍了铺管船运动控制系统的组成、三层分级以及各层级相应的功能;船舶航迹点计算的常规LOS算法由于收敛速度低,将其改进为基于最小动态半径的动态LOS算法,并对两种LOS算法进行了仿真对比验证;基于最小动态半径的动态LOS算法和综合循迹控制策略,设计了铺管船铺设作业时的循迹导引策略。 最后,分别设计了铺设作业时的铺管船滑模变结构和自适应滑模循迹控制器。考虑到滑模变结构控制的较强鲁棒性,把滑模变结构控制应用到铺管船循迹控制中,提高了循迹控制系统的鲁棒性能。自适应控制在处理不确定参数时效果更佳,但其鲁棒性较差,因此把二者结合起来设计了铺管船自适应滑模循迹控制器具备两种控制方法的优点,可以通过Lyapunov稳定判据获得不确定参数的自适应率。在自适应滑模算法中采用饱和函数取代滑膜控制中的符号函数来减低系统的抖振,并利用边界层算法来估计外界干扰对系统的影响,通过单位矩阵把对不确定矩阵的估计转化为一个参数的估计,使控制器的设计得到简化。 基于动态LOS算法的循迹导引策略,对设计的铺管船滑模变结构循迹控制器和自适应滑模循迹控制器分别进行仿真验证。从仿真结果可知自适应滑模控制算法抖振较小,控制效果较好,对进一步研究铺管船循迹控制和工程实践有一定的参考价值。 |
| 作者： | 张旭旭 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 丁福光 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
