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首页半潜式平台锚泊定位系统:延时保性能控制策略
本文主要探讨的是"具有输入延时的锚泊自动定位系统保性能控制"这一主题。随着半潜式平台在海洋石油、天然气开采等活动中的广泛应用,定位系统的经济性和安全性成为了关键因素。传统的锚泊定位系统可能存在一些挑战,如参数不确定性以及输入延迟,这些因素可能会对定位精度和整体性能造成负面影响。 作者提出了一种新的基于锚链切换控制的自动锚泊定位系统方案,旨在解决这些问题。该方案特别注重处理系统中输入延迟的问题,因为这是许多实时控制系统中常见的现象,特别是在海洋环境中,通信延迟和机械动作时间可能导致控制信号传递的滞后。 针对输入延时和不确定性,本文设计了一种特殊的保性能控制器。保性能控制是一种先进的控制策略,它确保了系统在面对外部扰动或内部参数变化时,其性能指标(如跟踪误差)仍能在预设范围内保持稳定。通过利用线性矩阵不等式(LMI)方法,作者给出了这种控制器存在的充分条件,这是一种数学工具,用于证明控制器设计的有效性和可行性。 通过理论分析和数值仿真,作者展示了所设计的控制器对于解决锚泊自动定位系统中的输入延时和不确定性问题的有效性。这些仿真结果证实了该控制器能够显著提高系统的定位精度和稳定性,从而增强系统的经济性和安全性。因此,这项研究对于提升半潜式平台的定位技术水平和可靠性具有重要的实际应用价值。本文的工作为处理具有输入延时的自动锚泊定位系统提供了理论支持和技术解决方案。
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第 29 卷 第 4 期
Vol. 29 No. 4
控 制 与 决 策
Control and Decision
2014 年 4 月
Apr. 2014
具有输入延时的锚泊自动定位系统保性能控制
文章编号: 1001-0920 (2014) 04-0748-05 DOI: 10.13195/j.kzyjc.2013.0092
苏晓宇
1
, 金鸿章
1
, 姜述强
1
, 林 峰
2
(1. 哈尔滨工程大学 自动化学院,哈尔滨 150001;2. 黑龙江大学 信息与网络建设管理中心,哈尔滨 150080)
摘 要: 从半潜式平台定位系统的经济性及安全性角度出发, 提出基于锚链切换控制的自动锚泊定位系统新方案.
针对方案中具有输入延时及不确定性的特点, 设计了带有输入延时的保性能控制器, 以产生抵抗环境扰动所需的控
制输入. 基于 LMI 方法给出控制器存在的充分条件, 通过求解相应的线性矩阵不等式得到系统的保性能控制律. 仿
真结果表明, 所设计的控制器能有效解决锚泊自动定位系统的参数不确定性及输入延时问题, 从而提高系统的精度
和性能.
关键词: 锚泊定位;定点定位;保性能控制;输入延时;不确定性
中图分类号: U675.92 文献标志码: A
Guaranteed cost control for automatic mooring positioning system with
input delay
SU Xiao-yu
1
, JIN Hong-zhang
1
, JIANG Shu-qiang
1
, LIN Feng
2
(1. College of Automation,Harbin Engineering University,Harbin 150001,China;2. Information and Network
Construction Management Center,Heilongjiang University,Harbin 150080,China.Correspondent:SU Xiao-yu,
E-mail:sxy13936494350@163.com)
Abstract: Aiming at the economy and security of the positioning system in semi-submersible, a new scheme based on
mooring line switching control is presented. Considering the input delay and uncertainty, the guaranteed cost control with
input delay is designed to calculate the control forces to resist disturbing forces. Sufficient conditions are established to
assure the existence of the guaranteed cost controller in terms of LMI, and the guaranteed cost controller with input delay is
obtained by solving the linear matrix inequality. The simulation result shows that the controller can solve the problems of
parameter uncertainties and the input delay, so that it improves the accuracy and performance of the system.
Key words: mooring positioning;setpoint positioning;guaranteed cost control;input delay;uncertainty
0 引引引 言言言
海上油气作业要求平台在较长时间内保持位置
精度, 因此, 平台定位系统的设计尤为重要. 在定位技
术方面, 国内外研究主要涉及动力定位及锚泊定位.
动力定位系统响应速度快、机动性好, 适合深水作业;
锚泊定位系统在使用、维护、成本和安全性方面具有
较强优势
[1]
. 为了改善传统锚泊定位系统定位精度较
低的缺点, 从而更好地发挥锚泊定位的优势, 本文从
经济性及安全性角度出发, 提出一种新的基于锚链切
换原则的自动锚泊定位方案. 该方案采用 4 台三链轮
锚机对 12 条锚链进行切换控制以代替传统的控制方
法 (采用 12 台锚机分别控制 12 条锚链的收放). 新方
案减少了锚机的使用数量, 从而降低了系统的总成本,
保证了经济性. 由于切换思想的引入, 可在确保定位
精度的基础上, 通过合理确定锚链的切换阈值来实现
锚链张力场的均匀分布, 避免锚链因受力不均而断裂,
从而提高自动锚泊定位系统的安全性.
在该方案中, 锚链与锚机的切断−接合−收放−
到达阈值的过程中, 存在一定的输入延时. 此外, 海
洋扰动的不确定性会导致系统方程中的水动力参数
具有不确定性. 延时及不确定性的存在容易导致平台
定位系统稳定性能变差, 甚至不稳定. 为了解决上述
问题, 本文给出一种具有输入延时的保性能控制器的
设计以产生抵抗环境扰动的控制合力 (力矩). 该方法
收稿日期: 2013-01-21;修回日期: 2013-07-08.
基金项目: 国家自然科学基金项目(51279039);国家工业和信息化部海洋装备工程装备科研项目(工信厅装[2009]
91).
作者简介: 苏晓宇(1985−), 女, 博士生, 从事海洋平台定位技术的研究;金鸿章(1946−), 男, 教授, 博士生导师, 从事船
舶运动控制及其特辅装置等研究.
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