半潜式深海平台动力定位控制技术研究

Posted 2021-08-30 studyer_domi

摘 要

随着世界经济的飞速发展，全球的油气消耗量正以较快的速度不断增长，陆地资源供应日趋紧张。而海洋以其巨大的能源储存量吸引着世界各国的目光，然而随着近海资源的日趋减少，向深海进军是必然的趋势。因此，深海浮式生产系统的定位技术得到了重视。动力定位系统与传统的锚泊系统不同，它是一个闭环控制系统，是利用平台自身的动力装置来产生能够抵抗外界干扰的动力，动态的控制平台悬停在某一个设定的位置以便进行正常作业。

本文以深水半潜式海洋平台为研究对象，以提高它的定位精度为出发点，研究深水半潜式海洋平台的动力定位控制技术。

由于深水半潜式海洋平台是一个具有大惯性、大时滞的非线性对象，无法用精确的数学模型对其描述，而且外界的环境干扰也会随着海况的不同而发生变化，复杂多变，难以预知。而逆模型控制是解决非线性系统控制问题的较有效的方法，所以本文采用逆系统方法来设计半潜式海洋平台的动力定位系统控制器。又由于一般的反馈线性化方法要求预先知道被控对象的数学模型和具体系统参数，对于本文研究的对象来说，实现较为困难。因此，本文采用T-S模糊神经网络来实现对原系统的逆系统的辨识。同时针对T-S模糊神经网络逆模型控制器存在的精度不高问题，提出了采用同PID控制器组合构成复合控制器的方法来提高控制精度。

针对水平面内三个自由度分别设计了这两种控制器，并通过Matlab实现了两种控制方法在不同环境的仿真实验，仿真结果不但证明了两种控制器的有效性和可行性，而且也验证了复合控制器比T-S模糊神经网络控制器具有更高的控制精度，同时复合控制器对推力系统性能的要求更高。

关键词 深水半潜式平台；动力定位系统；逆模型控制；T-S模糊神经网络；复合控制