導(dǎo)管架式海洋平臺的主動控制問題研究.pdf

1、近年來，陸地能源資源的稀缺制約著各國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，對資源的需求促使人們深入開發(fā)海洋資源。作為開發(fā)海洋的基本設(shè)施，海洋平臺工作環(huán)境惡劣，長期受到風、浪、流甚至冰、地震的作用，這既加劇了平臺構(gòu)件的疲勞破壞，降低了平臺的可靠度和構(gòu)件強度，又會引起平臺上工作人員的不適感和影響機器設(shè)備的正常運行。因此，對海洋平臺振動控制的研究具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。
　　結(jié)構(gòu)振動控制大體可分為被動控制和主動控制兩種。被動控制無需向系統(tǒng)輸入外部

2、能量，它是依靠結(jié)構(gòu)中的阻尼元件來耗散結(jié)構(gòu)的振動能量，以達到減小結(jié)構(gòu)振動的目的。被動控制具有簡單、成本低、容易實現(xiàn)等優(yōu)點，但是它缺少控制上的靈活性，其控制效果依賴于外部激勵的特性，一般只對高頻振動有效。對于現(xiàn)代控制系統(tǒng)，目前人們越來越多地關(guān)注采用主動控制策略來抑制結(jié)構(gòu)振動。主動控制需要外部能量輸入系統(tǒng)，它是通過主動地調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的主動阻尼和主動剛度，以達到減小結(jié)構(gòu)振動的目的。主動控制策略的控制效果明顯優(yōu)于被動控制策略，而且不受外部激勵特性的影

3、響，因此近幾十年來，對結(jié)構(gòu)的主動控制的研究受到了大量學(xué)者的普遍關(guān)注，自動控制領(lǐng)域的各種控制方法皆被引入到了結(jié)構(gòu)振動主動控制的研究中。
　　本文將結(jié)構(gòu)主動控制領(lǐng)域的研究成果應(yīng)用到了海洋平臺的振動主動控制中，對導(dǎo)管架式海洋平臺的主動控制及其相關(guān)問題進行了探索研究。本文研究得到了國家自然科學(xué)基金（編號：11072146,11002087）、海洋工程國家重點實驗室自主研究課題（編號：GKZD010807）的資助，主要研究內(nèi)容和成果如下：<

4、br>　?。?）閱讀了大量相關(guān)文獻，較為全面地綜述了近年來海洋平臺結(jié)構(gòu)振動控制的研究進展。
　?。?）將系統(tǒng)辨識方法引入到了導(dǎo)管架式海洋平臺中，給出了一個基于系統(tǒng)輸入和輸出數(shù)據(jù)的低維狀態(tài)模型的建模方法，并基于該低維模型進行主動控制的設(shè)計。首先對海洋平臺的有限元模型施加白噪聲激勵力，計算得到平臺結(jié)構(gòu)頂端的位移響應(yīng)，將激勵力和位移響應(yīng)分別作為系統(tǒng)的輸入和輸出，采用基于觀測器/Kalman濾波器的系統(tǒng)辨識方法，結(jié)合特征系統(tǒng)實現(xiàn)算法，建立

5、了一個低維狀態(tài)空間模型?；诖四Ｐ筒捎镁€性高斯二次最優(yōu)算法（LQG）設(shè)計控制器，將控制器引入到有限元模型進行驗證。結(jié)果顯示，基于觀測器/Kalman濾波器的系統(tǒng)辨識方法能夠有效地辨識出系統(tǒng)的Markov參數(shù)，特征系統(tǒng)實現(xiàn)算法能夠得到精確的系統(tǒng)低維模型，基于低維模型的LQG控制能有效地抑制海洋平臺的振動。
　?。?）采用變結(jié)構(gòu)控制算法研究了海洋平臺的載荷識別和主動控制問題。通過擾動力觀測器對未知載荷進行識別，并針對識別出的載荷設(shè)計變