[发明专利]一种考虑暂稳态性能的水下石油管道动态监测方法

摘要

本发明公开了一种考虑暂稳态性能的水下石油管道动态监测方法，属于水下石油管道监测技术领域，本发明根据水下机器人与管道的位置，以及水下溶解氧传感器的有效灵敏度，设定水下机器人有效探测的稳态区域；在稳态区域基础上，设计水下机器人有效探测的暂态指标；水下机器人根据暂稳态性能，离线规划出全局参考轨迹，设定动态追踪监测控制器，作用于水下机器人的驱动装置，实现管道的动态监测；设定溶解氧阈值，对该石油管道区域进行实时精准的泄漏监测。本发明通过水下机器人的协作提高监测自主性，另一方面通过暂稳态约束提高监测效率，既能减少能耗，又能实现对水下石油管道实时可靠的动态监测。

主权项

1.一种考虑暂稳态性能的水下石油管道动态监测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤1：利用安装有溶解氧传感器的水下机器人对水下石油管道进行动态监测，依据溶解氧传感器在石油泄露点C＝[C_x,C_y,C_z]附近的灵敏度概率密度分布，确立探测半径r与灵敏度δ的相关性；确定在有效灵敏度δ_min下的有效探测半径R，在石油泄露点附件确定有效探测的稳态区域η＝[C_x±R,C_y±R,C_z±R]；其中，C_x、C_y和C_z分别为X轴、Y轴以及Z轴位置；步骤2：依据有效探测的稳态区域η＝[C_x±R,C_y±R,C_z±R]，建立暂态指标函数其中，ξ为转换误差变量，和为常量参数α₁，α₂表示正常数，γ和β(ξ)为大于1的常数，λ(ξ)为有限时间收敛项，可令控制系统有限时间内收敛到期望轨迹，步骤3：依据水下机器人预设参考轨迹位置X_d＝[x_d,y_d,z_d]，设定动态追踪监测控制器作用于水下机器人的驱动装置，通过调整水下机器人位置状态，以实现管道的动态监测，考虑步骤2暂态指标函数的约束，依据水下机器人的流体动力学确定动态追踪监测控制器对驱动装置控制的控制模型：其中，M_o为惯性矩阵，C_o为科里奥利力和流体动力学阻尼矩阵，K₁和K₂是具有相应维数的正定对角矩阵，ρ为一个正标量；步骤4，利用步骤3的控制模型确定水下机器人运动过程中检测到实时溶解氧值DO，水下机器人运动至步骤1有效探测的稳态区域边缘所检测到的溶解氧值为DO_L，石油管道所处水域的正常溶解氧值DO_F；进行对比判断，确定进行石油泄漏预警或继续监测工作。