[发明专利]应用于主动绞车升沉补偿的预测控制方法及系统

说明书

本发明公开了应用于主动绞车升沉补偿的预测控制方法及系统，属于升沉补偿控制技术领域，要解决的技术问题为如何对升沉补偿系统的滞后性进行校正。包括如下步骤：内环速度控制器通过矢量变频控制系统闭环控制电机转速；配置外环位移控制器的预测模型，用于以电机频率为输入、预测输出大钩位移；构建并训练外环位移控制器的平台升沉预测模型，用于以平台升沉运动数据为输入、预测并输出平台升沉位移预测值；以平台升沉运动数据为参考输入，以预测模型的输出的大钩位移为参考轨迹，将大钩位移和平台升沉位移相比较，通过求解QP问题获得电机频率的局部最优控制策略；基于电机频率计算值，内环速度控制器通过矢量变频控制系统闭环控制电机转速。

技术领域

本发明涉及升沉补偿控制技术领域，具体地说是应用于主动绞车升沉补偿的预测控制方法及系统。

背景技术

石油作为“工业的血液”是我国持续发展必不可少的资源，海洋油气资源储量丰富，所以对我国来说加快研制和发展海上石油钻采设备变得尤为重要。

在较深的海域进行钻井作业，只能使用浮式钻井平台，平台在海流的冲击下发生升沉等不同形式的运动，影响海洋钻井作业正常进行。因此，在海洋钻井过程中需要对平台运动进行升沉补偿，以保证隔水管系统的稳定和钻柱的持续钻进，从而使浮式钻井平台能够正常工作并改善其工作效率

应用于海洋钻井平台的升沉补偿装置类型众多，近些年兴起的绞车升沉补偿技术，与已有的多种升沉补偿装置相比较，具有快速响应、设备重心低且重量小、控制效果好、结构紧凑所占空间小，补偿行程大的特点，因其优点被广泛的应用于深海采矿、船舶起重机、水下拖曳装置和深海石油开发等领域。

电驱动海洋钻井补偿绞车控制系统存在大惯性滞后和纯滞后，是非线性时变系统，单纯采用传统的闭环PID控制很难保证良好的全局性能，尤其是当控制器效果的需求不仅是调节而是向优化发展时，非动态的简单反馈控制难以满足要求，并且钻井补偿绞车还存在着补偿功率大、送钻运动和补偿运动存在耦合的问题。

基于上述分析，如何对升沉补偿系统的滞后性进行校正，是需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上不足，提供应用于主动绞车升沉补偿的预测控制方法及系统，来解决如何对升沉补偿系统的滞后性进行校正的技术问题。

本发明的应用于主动绞车升沉补偿的预测控制方法，基于外环位移控制器和内环速度控制器进行双层控制，所述方法包括如下步骤：

以三相异步电动机动态数学模型为基础，构建矢量变频控制系统，内环速度控制器通过矢量变频控制系统闭环控制电机转速；

配置外环位移控制器的预测模型，所述预测模型用于以电机频率为输入、预测输出大钩位移；

构建并训练外环位移控制器的平台升沉预测模型，所述平台升沉预测模型用于以平台升沉运动数据为输入、预测并输出平台升沉位移预测值；

以平台升沉运动数据为参考输入，以预测模型的输出的大钩位移为参考轨迹，将大钩位移和平台升沉位移相比较，通过求解QP问题获得电机频率的局部最优控制策略，并输出电机频率计算值；

基于所述电机频率计算值，内环速度控制器通过矢量变频控制系统闭环控制电机转速。

作为优选，所述矢量变频控制系统的输入量为电机的参考转速n_ref和转子磁链ψ_r，所述参考转速n_ref采用双闭环控制，外环为转速PI调节器，内环为定子电流转速分量PI调节器；转子磁链ψ_r外环采用开环控制，其产生的定子电流励磁分量由一个PI调节器实现闭环控制。

作为优选，在变频器性能理想的情况下，对于矢量变频控制系统，电机电磁转矩和转速的关系式如下：