[发明专利]一种海洋柔性立管的多约束自适应控制方法

说明书

本发明公开了一种海洋柔性立管的多约束自适应控制方法，包括建模、得到控制方程，确定边界条件；建立包含输入饱和模型的边界控制律；建立与边界控制律相关的稳定辅助系统；建立海洋柔性立管系统的多约束自适应控制律；通过多约束自适应控制律，求解稳定辅助系统、并求解边界控制律；获取海洋柔性立管系统的实际振动偏移量，将实际振动偏移量代入求解后的边界控制律，对海洋柔性立管进行控制。本发明提供一种海洋柔性立管的多约束自适应控制方法，以解决现有技术中对柔性立管控制的局限性问题，实现对同时具有输入饱和非线性约束、输出状态量约束、未知结构参数以及未知环境扰动的海洋柔性立管的多约束自适应控制的目的。

技术领域

本发明涉及海洋油气开采领域，具体涉及一种海洋柔性立管的多约束自适应控制方法。

背景技术

随着海洋油气开采力度逐步加强，海洋油气开发环节中所需解决的技术难题也越来越多。在深水油气开采过程中，柔性立管是连接海底油井和浮式油气生产平台的纽带。由于作业环境恶劣，海洋柔性立管会受到海洋中各种环境载荷和自身弹性特性的影响，导致立管变形和振动，影响生产立管的性能，导致疲劳失效。严重时甚至可能造成油气泄漏，对海洋环境造成不可逆转的破坏。因此，研究有效的柔性立管振动控制策略以抑制柔性隔水管的振动，防止其疲劳损伤具有重要的意义和必要性。

在实际海洋柔性隔水管系统中，经常存在输入非线性、系统参数不确定性等问题。由于系统自身的物理特性限制所造成的执行机构输入非线性几乎不可能被消除，尤其是输入饱和。这些非线性和不确定性往往会导致系统性能的恶化。忽略系统的输入饱和问题，可能造成系统发散不稳定，从而导致整个系统崩溃。此外，输出约束也会对系统性能产生重大影响。立管系统需要与海面生产平台相连接，当立管系统尤其是其顶端处存在大幅度振动位移时，将会使得立管与海面船舰连接处的角度过大，这将很容易致使其在连接口处发生磨损甚至断裂。

事实上，在海洋油气开采运输过程中，输入、输出约束通常都不是单独出现的，并且立管系统的结构参数、所受的扰动通常也都是未知的，多重限制条件以及不确定因素的同时存在将会使得对立管系统的控制难度大幅度增加，故现有技术中单独考虑输入饱和约束、输出约束、参数不确定、模型不确定等问题而提出的控制方案显然具有明显局限。

发明内容

本发明提供一种海洋柔性立管的多约束自适应控制方法，以解决现有技术中对柔性立管控制的局限性问题，实现对同时具有输入饱和非线性约束、输出状态量约束、未知结构参数以及未知环境扰动的海洋柔性立管的多约束自适应控制的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

一种海洋柔性立管的多约束自适应控制方法，包括：

对海洋柔性立管建模、得到海洋柔性立管系统的控制方程，确定海洋柔性立管系统的边界条件；

建立包含输入饱和模型的边界控制律；

建立与所述边界控制律相关的稳定辅助系统，所述稳定辅助系统用于输出稳定的控制信号；

基于自适应反演方法，建立海洋柔性立管系统的多约束自适应控制律，并验证系统稳定有界；

通过所述多约束自适应控制律，求解所述稳定辅助系统、并求解所述边界控制律；

获取海洋柔性立管系统的实际振动偏移量，将所述实际振动偏移量代入求解后的边界控制律，对海洋柔性立管进行控制。

现有技术中，对海洋油气开采领域的柔性立管的控制方法一般仅单独考虑输入饱和约束、输出约束、参数不确定或模型不确定等，无法有效处理实际海洋柔性立管受多重约束限制、系统参数和环境干扰未知的情况，基于此，本发明提出一种海洋柔性立管的多约束自适应控制方法。