S型鋪管船動力定位魯棒控制方法研究.pdf

1、全球經(jīng)濟(jì)的逐漸發(fā)展,使得人們對工業(yè)血液——油氣資源日益重視起來,世界各強(qiáng)國基本都制定有各自的石油戰(zhàn)略,國際間對石油資源的競爭日益激烈。由于陸地上的油氣資源越來越少,而海洋中儲存有豐富的油氣資源,越來越多的國家對海底油氣進(jìn)行開采與運(yùn)輸,因此為海洋管道進(jìn)行鋪設(shè)作業(yè)的鋪管船就成為了研究的重點(diǎn),而S型鋪管船是其中最為常用的一種。為了安全、順利地進(jìn)行管道鋪設(shè),必須借助動力定位系統(tǒng)控制鋪管船的縱向管道形態(tài)和循跡作業(yè)。
　　首先,本文建立了船舶

2、運(yùn)動數(shù)學(xué)模型和海洋環(huán)境模型。選用了合適的坐標(biāo)系建立了船舶的運(yùn)動學(xué)模型;鋪管船一般處于低速作業(yè),基于此假設(shè)給出了不帶有科里奧利系數(shù)矩陣的船舶動力學(xué)模型。隨后建立了船舶在海洋中受到的海風(fēng)、海浪和海流等環(huán)境干擾力模型。
　　其次,本文針對S型鋪設(shè)作業(yè),建立了S型管道模型。將S型管道和鋪管船看作一個若干段剛體連接在一起的機(jī)械臂系統(tǒng),求解出相鄰管段間的夾角,建立了船舶在垂直面中運(yùn)動時的管道運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)方程,得到了完整的管道與鋪管船系統(tǒng)運(yùn)動

3、狀態(tài)的求解方法,并對該模型進(jìn)行仿真,將其仿真結(jié)果與用懸鏈線建立的模型進(jìn)行了比較。
　　然后,本文針對無干擾時的S型鋪管船鋪設(shè)作業(yè)時的管道狀態(tài)的控制問題,提出了一種船舶縱向位置魯棒控制方法,以間接達(dá)到管道形態(tài)的控制目的;針對有干擾時的S型鋪管船鋪設(shè)作業(yè)時的縱向管道形態(tài)變化情況,利用魯棒自適應(yīng)控制方法來保證管道形態(tài)的有效控制。S型鋪管船在鋪設(shè)作業(yè)時,由于管道自身的重量和海洋環(huán)境的影響,而使管道的縱向形態(tài)發(fā)生變化,結(jié)合前面給出的管道與鋪

4、管船系統(tǒng)的動力學(xué)方程,根據(jù)機(jī)械臂特性,選取合適的李雅普諾夫函數(shù),分別對所選用的魯棒控制律和魯棒自適應(yīng)控制律的穩(wěn)定性進(jìn)行了證明,仿真分析中,分別對這兩種控制方法進(jìn)行驗(yàn)證,說明其有效性。
　　最后,本文針對S型鋪管船循跡作業(yè),闡述了鋪管船航跡規(guī)劃以及其循跡控制原理,結(jié)合前面得到的鋪管船運(yùn)動數(shù)學(xué)模型,對S型鋪管船循跡魯棒控制方法進(jìn)行了研究,選用合理的李雅普諾夫函數(shù),對魯棒控制律在理論上分別對其全局一致最終穩(wěn)定性、全局漸進(jìn)穩(wěn)定性以及全局指