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S型铺管船动力定位鲁棒控制方法研究
| 论文题名： | S型铺管船动力定位鲁棒控制方法研究 |
| 关键词： | S型铺管船;海底油气开采;动力定位;鲁棒控制 |
| 摘要： | 全球经济的逐渐发展,使得人们对工业血液——油气资源日益重视起来,世界各强国基本都制定有各自的石油战略,国际间对石油资源的竞争日益激烈。由于陆地上的油气资源越来越少,而海洋中储存有丰富的油气资源,越来越多的国家对海底油气进行开采与运输,因此为海洋管道进行铺设作业的铺管船就成为了研究的重点,而S型铺管船是其中最为常用的一种。为了安全、顺利地进行管道铺设,必须借助动力定位系统控制铺管船的纵向管道形态和循迹作业。 首先,本文建立了船舶运动数学模型和海洋环境模型。选用了合适的坐标系建立了船舶的运动学模型;铺管船一般处于低速作业,基于此假设给出了不带有科里奥利系数矩阵的船舶动力学模型。随后建立了船舶在海洋中受到的海风、海浪和海流等环境干扰力模型。 其次,本文针对S型铺设作业,建立了S型管道模型。将S型管道和铺管船看作一个若干段刚体连接在一起的机械臂系统,求解出相邻管段间的夹角,建立了船舶在垂直面中运动时的管道运动学和动力学方程,得到了完整的管道与铺管船系统运动状态的求解方法,并对该模型进行仿真,将其仿真结果与用悬链线建立的模型进行了比较。 然后,本文针对无干扰时的S型铺管船铺设作业时的管道状态的控制问题,提出了一种船舶纵向位置鲁棒控制方法,以间接达到管道形态的控制目的;针对有干扰时的S型铺管船铺设作业时的纵向管道形态变化情况,利用鲁棒自适应控制方法来保证管道形态的有效控制。S型铺管船在铺设作业时,由于管道自身的重量和海洋环境的影响,而使管道的纵向形态发生变化,结合前面给出的管道与铺管船系统的动力学方程,根据机械臂特性,选取合适的李雅普诺夫函数,分别对所选用的鲁棒控制律和鲁棒自适应控制律的稳定性进行了证明,仿真分析中,分别对这两种控制方法进行验证,说明其有效性。 最后,本文针对S型铺管船循迹作业,阐述了铺管船航迹规划以及其循迹控制原理,结合前面得到的铺管船运动数学模型,对S型铺管船循迹鲁棒控制方法进行了研究,选用合理的李雅普诺夫函数,对鲁棒控制律在理论上分别对其全局一致最终稳定性、全局渐进稳定性以及全局指数稳定性进行了证明,并分别在无干扰和有干扰两种海况下对鲁棒控制方法进行仿真以验证其有效性。 |
| 作者： | 杨丽丽 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 付明玉 |
| 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 |
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