[发明专利]海洋柔性立管系统的抗饱和边界控制方法及装置、存储介质、服务端

权利要求书

1.一种海洋柔性立管系统的抗饱和边界控制方法，其特征在于，包括步骤：

S1、基于海洋立管系统模型进行动力学分析；

根据柔性立管系统模型得到海洋柔性海洋立管系统的动力学方程为：

ρz··(s,t)+EIz′′′′(s,t)-Tz′′(s,t)+cz·(s,t)-f(s,t)=0,0<s<l]]>

所述系统的边界条件为：

mz··(l,t)+Tz′(l,t)-EIz′′′(l,t)+daz·(l,t)=u(t)+d(t)]]>

z(0,t)＝z′(0,t)＝z″(0,t)

建立输入饱和模型为：

u(t)=u0(ui(t))=um×tanh(ui(t)um)]]>

其中s和t表示独立的时间和空间变量，z(s,t)为立管在s处t时刻的振动位移量，l、ρ、T、EI、c分别为立管的长度、单位长度质量、张力、弯曲刚度、阻尼系数，m、d_a分别为船的质量、阻尼系数，d(t)为环境干扰，f(s,t)是洋流的水动力影响下产生的分布式干扰,u(t)是在立管顶部施加的边界控制量，u_m为输入饱和极限值，u_i(t)是所要设计的控制量，表示横向位移函数z(s,t)对时间的一阶偏导数，表示横向位移函数z(s,t)对时间的二阶偏导数，z″″(s,t)表示函数z(s,t)对位移s的四阶偏导数；

S2、设计所述海洋立管系统的边界控制率公式；

建立辅助系统为：

u·i(t)=-kui(t)+∈]]>

提出了下列∈控制率

∈=N(χ)∈‾]]>

∈‾=αkui+1mμ-1mk3x3-1mx2-12m(∂λ2∂z2)2x3]]>

k₃>0，定义Nussbaum函数N(χ)为：

N(χ)＝χ²cos(χ)

χ·=βχmx3∈‾]]>

定义李雅普诺夫函数，并证明其有界稳定：

V(t)＝V_m(t)+V_n(t)+V_o(t)

其中

Vm(t)=γ2ρ∫0lz·2(s,t)ds+γ2T∫0lz′2(s,t)ds+γ2EI∫0lz′′2(s,t)ds]]>

Vn(t)=ρ∫0lz·(s,t)z(s,t)ds]]>

Vo(t)=12x12+12mx32+12mx32]]>

根据分析推导可以出以下不等式，并基于此证明加入控制后的系统是有界稳定的；

V·(t)≤-φ11∫0lz·2(s,t)ds-φ2∫0lz′2(s,t)ds-EI∫0lz′′2(s,t)ds-φ3ω12-φ4ω22-k3ω32+σ0+1βχ(αN(χ)-1)χ·≤-ω3[Vm(t)+Vo(t)]σ0+1βχ(αN(χ)-1)χ·]]>

S3、获取所述海洋立管系统的实际参数；

在t时刻，利用激光位移传感器,测斜仪和剪切力传感器来测量信号z(l,t),再通过历史数据可以得到在时刻t的偏导数z′(l,t),z″′(l,t)的值；

S4、分析边界控制率并对所述海洋立管系统的立管施加作用力；

根据步骤S3得到的实际参数以及步骤S2的控制率公式，获得t时刻的边界控制率V(t),驱动装置根据所述边界控制率V(t)向柔性立管施加作用力。