半潜式平台动力定位多模式组合控制系统设计-论文.pdf

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1、第22卷第12期电子设计工程2014年6月Vo1．22No．12ElectronicDesignEngineeringJun．2014半潜式平台动力定位多模式组合控制系统设计金翔，唐文献，张彤，李先启，丁浩(江苏科技大学机械工程学院，江苏镇江212003)摘要：设计了半潜式平台动力定位多模式组合控制系统，模式选择器确定控制器集工作方式，输出选择器决定输出控制器．控制器集中的基于卡尔曼滤波自整定PID控制器、自抗扰控制器、广义预测自校正控制器能实现平静、适度、极端多种海洋环境的精确定位控制。仿真实验证明该控制系统在各种海洋环境下均有

2、较高的定位精度、较快的响应速度、控制系统具有较强适应性和鲁棒性。关键词：多模式控制；半潜式平台；动力定位；自抗扰控制；模型预测控制中图分类号：TP273+．3文献标识码：A文章编号：1674—6236(2014)12-0082-03Designofmulti．modeDPcontrolsystemforsemi-submersibleplatformJINXiang，TANGWen-xian，ZHANGTong，LIXian—qi，DINGHao(CollegeofMechanicalEn~neenng，JiangsuUniver

3、sityofScienceandTechnology，Zhenjiang212003，China)Abstract：Inordertocopewithenvironmentalanduncertaindisturbancewhileplatformiskeepingitspositionforoffshoreoperationprocess．Multi—modedynamicpositioning(DP)controlsystemwasdesignedfordifferentlevelofpositiondeviationandm

4、arineenvironment．Thesimulationresultsindieatefuzzy—PIDcontrollerbasedonKalman-fiherwasfitforcalmmarineenvironment，activeDisturBancerejection(ADRC)controllerwassuitformoderatemarineenvironment，generalpredictivecontroller(GPC)wasappropriateforextrememarineenvironment．An

5、dthecontrolsystemhasadvantagesofhighaccuracyquickresponsestronganti-disturbanceabilityandrobustness．Keywords：multi—modecontrol；dynamicpositioning；semi—submersibleplatform；activedisturbancerejectioncontrol；generalpredictivecontrol半潜式海洋平台是深海石油开采的主要工具，而动力定运动控制。在静坐标系和船体坐标

6、系中建立的小艏摇角度近位系统是保证其安全工作的核心装备，动力定位作用是保证似控制模型如下：平台纵荡、横荡、艏摇3个自由度在限定范围内，使石油开采装备不受损坏。由于半潜式平台作业环境复杂，当环境载荷fMv+Dv=~-㈩tn=R()较大时平台运动模型就存在较大的非线性，此时基于小角度式中：惯性矩阵中包括质量和水动力附加质量，D为理论的近似线性运动模型就不能较好描述平台的运动特性，阻尼矩阵。向量f表示由外部环境载荷，主要包括风、浪、流。对于控制系统就会造成模型失配}lj。而常见的动力定位系统向量表示由推进器产生抵抗外部载荷的力和扭矩。R

7、()为一般只配备一种控制算法．这就在控制算法的优点和适用控船体坐标系与静坐标系间坐标变换矩阵。制范围两方面产生了矛盾。本文提出多模式组合控制方式，充分发挥基于卡尔曼滤波自整定PID控制、自抗扰控制、广2多模式组合控制系统基本原理义预测自校正控制算法的优点，进行分级协作工作，使其在多模式组合控制系统主要由模式选择器、控制器集、输出最佳的控制范围实现控制作用。此控制系统能够对模型失选择器、测试反馈、平台模型组成。模式选择器功能是：根据测配、时变、环境干扰有效抑制．且算法易于实现、环境适应性量位置与目标位置的偏差及当前海洋环境确定控制模

8、式。控强、鲁棒性强等特点，实现了控制算法优势与控制范围的有制模式分两种，每种模式对应运行两种控制器。控制器集包含效折中。卡尔曼滤波模糊PID控制器、自抗扰控制器、广义预测自校正1半潜式平台动力定位运动模型控制器。3种控制器根据其性能分别适用于平静、