基于低通滤波器的半潜式海洋平台动力定位滑模控制研究

作     者：赵通 

作者单位：中国石油大学(华东) 

学位级别：硕士

导师姓名：赵东亚;周鲲

授予年度：2018年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：半潜式海洋钻井平台 低通滤波器 微分器 鲁棒自适应控制 干扰观测器 

摘      要：近年来,在已发现的全球重大油气田中,半数以上来自海洋,特别是深水区域。我国作为海洋大国,海岸线长度世界第四,管辖海域面积达到陆地领土面积三分之一,并且南海是世界四大海洋油气资源带之一,因此,我国在深海油气开采中有着得天独厚的优势。然而,相比于发达国家,我国海洋资源开发利用程度不高,缺乏深海项目经验和技术专长,为此,中国海洋石油总公司和美国联合设计建造了首座深水特大型海洋装备—中国海油深水半潜式钻井平台,最大作业深度3000m,最大钻井深度10000m。本论文以半潜式海洋钻井平台为控制对象,对其核心技术—动力定位技术进行研究,从运动学和动力学角度对半潜式海洋钻井平台进行机理建模,建立了本文研究需要的半潜式海洋钻井平台动力学模型和海洋环境干扰及模型不确定性模型。针对实际工业系统操作和海洋环境干扰及模型不确定性所带来的控制输入抖振问题,设计了基于低通滤波器的鲁棒滑模控制器,通过稳定性证明验证了控制器的合理性,通过程序仿真验证了所设计控制器的有效性和稳定性。针对工业系统实际运行中速度信号和加速度信号难以被实时和精确测量的问题,设计了基于微分器的鲁棒自适应滑模控制器,在微分器观测信号的基础上加入了自适应控制,对海洋平台的动力定位过程有了更为微观和精确的控制调节。最后,针对海洋钻井平台动力定位过程中海洋环境干扰及模型不定性难以精确实时测量的问题,设计了基于二阶滑模干扰观测器的滑模控制器,解决了干扰观测及干扰消除问题。仿真结果表明,三种控制方案都能使海洋钻井平台在动力定位跟踪过程中稳定准确跟踪到期望位置和轨迹,并对环境干扰和模型不确定性有着很强的鲁棒性。