导管架海洋平台非线性系统半主动最优振动控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102799109A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102799109A(43)申请公布日2012.11.28(21)申请号201210288614.5(22)申请日2012.08.07(71)申请人梁燕军地址455000河南省安阳市黄河大道85号安阳师范学院计算机与信息工程学院申请人王爱民孙华(72)发明人梁燕军王爱民孙华郭磊熊晶(74)专利代理机构北京同辉知识产权代理事务所(普通合伙)11357代理人赵慧(51)Int.Cl.G05B13/04(2006.01)权利要求书权利要求书2页2页说明书说明书77页页附图附图33页(54)发明名称导管架海洋平台非线性系统半主动最优振动控制方法(57)摘要本发明提供一种导管架海洋平台非线性系统半主动振动控制方法，针对不规则波浪荷载，考虑流体和结构之间相互作用的非线性动力特性，根据牛顿定律建立导管架海洋平台非线性系统模型；选取性能指标；进而实施最大值原理，将非线性最优控制问题被转化为一个非线性非齐次两点边值问题；使用逐次逼近方法，求非线性非齐次两点边值问题的近似解，得到最优振动控制律，最优振动控制律由精确的线性反馈部分以及非线性补偿部分组成，其中非线性补偿部分是共态向量方程序列的极限。CN10279ACN102799109A权利要求书1/2页1.导管架海洋平台非线性系统半主动振动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）建立不规则波浪荷载模型：作用在导管架海洋平台上的总波浪力可由各组成波的作用力合成，求出作用在导管架海洋平台上的总波浪力，最终将作用于导管架海洋平台上的总波浪力用一个独立的外系统进行产生；（2）建立导管架海洋平台振动控制系统模型：使用有限元方法将导管架平台振动控制系统简化为一个单自由度系统；（3）选取性能指标：保证输入的控制力和控制时间达到最小；（4）实施极大值原理：将非线性最优控制问题被转化为一个非线性非齐次两点边值问题；（5）设计最优振动控制律：由于非线性非齐次两点边值问题的解析解难以求得，使用逐次逼近算法，求解其近似解，从而得到导管架海洋平台的近似最优振动控制律。2.如权利要求1所述的导管架海洋平台非线性系统半主动振动控制方法，其特征在于：在步骤（1）中，在建立不规则波浪荷载模型时，首先求出单位圆断面上某一时刻的水平波浪力为：然后求出水中一段圆柱上的波浪力为：作用在导管架海洋平台上的总波浪力可由式1所描述的外系统来产生：式1。3.如权利要求1所述的导管架海洋平台非线性系统半主动振动控制方法，其特征在于：在步骤（2）中，对于一个安装半主动调谐质量阻尼器SATMD的导管架海洋平台，考虑流体动力非线性因素对平台的影响，该导管架海洋平台半主动振动控制系统可以改写为如式2所示的状态空间描述形式：y=Cx,x(0)=x0式2。4.如权利要求1所述的导管架海洋平台非线性系统半主动振动控制方法，其特征在于，在步骤（3）中，选取如式3所描述的复合型性能指标：式3。5.如权利要求1所述的导管架海洋平台非线性系统半主动振动控制方法，其特征在于：在步骤（4）中构造的哈密顿函数如式4：T2TH(·)=xQx1+Ru+λ(Ax+Bu+f(x)+Dpw)式4；2CN102799109A权利要求书2/2页进而根据极值条件，求得原控制问题的非线性非齐次两点边值问题如式5：x(0)=x0,λ(∞)=0式5。6.如权利要求1所述的导管架海洋平台非线性系统半主动振动控制方法，其特征在于：最优振动控制律如式6：(k)-1T(k)-1T(k)(k)u(t)=-RBλ(t)=-RB[P1x(t)+P2p(t)+g(t)]式6；在步骤（5）中使用逐次逼近算法避免了直接求解非线性非齐次两点边值问题的解析解，只需要求解一个线性向量差分等式序列的解，把直接迭代整个控制律转为迭代共态向量，计算量大大降低。7.如权利要求1所述的导管架海洋平台非线性系统半主动振动控制方法，其特征在于：在步骤（5）之后还包括根据最优振动控制律设计易于单片机实现的算法。3CN102799109A说明书1/7页导管架海洋平台非线性系统半主动最优振动控制方法技术领域[0001]本发明涉及一种振动控制技术，具体来说是导管架海洋平台非线性系统半主动最优振动控制方法。背景技术[0002]随着陆地上资源的日益枯竭，海洋资源的开发利用已日趋重要。我国海域辽阔，油气资源蕴藏丰富，南海、东海、渤海均建有海洋油气开采平台。海洋平台等海洋结构物是海洋油气资源开发的基础性设施，是海上生产作业和生活的基地。它长期处于恶劣的海洋环境中，受到风、海浪、海冰、海流、地震和潮汐等自然环境荷载连续性、长期性的作用，从而不可避免地会引起海洋平台持续的振动。海洋平台的振动不但降低了作业人员的工作环境的质量，而且加剧了平台的机械损伤