[01667106]多点系泊协同自适应控制关键技术及应用

1、项目概况 在国家海洋强国及创新驱动发展战略下,本项目围绕海洋高新技术及产业化需求,在国家自然科学基金“船海工程多电机冗余驱动混杂系统的自适应协同优化及可重构控制（编号51779136）”、“船舶多类型电源集成管理及最优控制策略研究（编号51179102）”及青年科学基金“电机-变速器集成驱动系统网络时滞混杂动力学建模与优化控制研究（编号51605278）”、“基于近似动态规划的数据驱动非线性多输入多输出在线优化与控制算法（编号61403250）”支撑下研制完成,项目成果应用于海洋平台、半潜船、工程船的勘探、钻井、采油、测试及海上施工等海上定位领域。项目利用迭代学习算法、变结构可重构及LMI鲁棒理论实现了多点系泊协同控制的经济性、高效性和节能性,已获授权的国家发明专利4项、实用新型18项、软件著作权14项,著作3部,SCI检索论文14篇。多点系泊协同控制技术自2012年以来已取得经济效益1800多万元和6万多美元,整套系统成本为国外同类产品价格的30%左右。 2、项目立项背景 浮式海洋（船）平台在某一海域定位工作,采用动力定位能耗大、价格高,单点系泊允许浮体360°自由旋转,而多点系泊节能效果显著、成本低,满足钻井、采油及测试等各项作业要求。但多点系泊具有很强的非线性且遭受的海洋环境影响复杂,其与浮式海洋（船）平台的尺度参数高度相关且影响控制性能、动力学特性及多样性运动,既要限制平台的直线运动与旋转运动,还要对其定点控制,在勘探、钻井平台、工程船上应用多点系泊定位自适应控制技术具有重要的研究意义。 研究成果解决了深海拖曳、多点系泊、伺服排缆领域的机械、电气、控制系统及软件平台的协同性及国外技术壁垒的问题、多套变频电机-减速器驱动卷筒-系泊缆柔性控制的问题和多项式矢量路径插补的等时同步协同群控的问题。研究成果经国内外实际应用不仅具有较高的性价比、可靠性和显著的社会经济效益,而且提升了海工装备的智能控制技术水平,具备了信息化、网络化、模块化、分布式和多冗余等优点,为海洋工程设计提供了重要的技术参考,具有广阔的应用前景。 3、主要科技内容 分析了多变频电机-减速器驱动系统的耦合特性、多点系泊几何非线性,研究了协同控制算法,海洋环境载荷作用下的工作特性、转速-转矩等时同步控制;研究了平台位移与系泊缆张力关系,多变频电机等时同步协同作用,平台六自由度运动的快速响应;研究了反射波对船体定位影响、波浪作用在船体外壳上的波动压力及船体运动引起的惯性力和加速度,提高多点系泊定位系统的环境适应性和控制精度;研制的多点系泊系统自适应控制系统成功应用于多家国内外海工领域的单位。 4、技术经济指标 多点系泊协同自适应控制技术效率高、节能减排、绿色环保,可使海工项目电站设置减少到DP项目的50%左右,整套系统成本是国外同类产品的30%;某个系泊电机故障情况下,系泊系统功能不受影响;满足工作水深≤1500m,上风锚链张力≤1/3破断力,实现最大漂移半径﹤5～6%水深,定位范围误差﹤2～3%水深,平台的纵向和横向倾斜≤1°,张力控制精度≤±5%额定负载。 5、促进行业科技进步作用 多点系泊柔性控制的关键是优化拖曳缆长度和角度,预张力和回复力是最敏感的系泊拖曳参数和性能指标,建立系泊系统与拖曳浮体耦合分析模型及定位优化,包含恒张力自适应控制、迭代学习算法、多电机协同控制、变结构可重构冗余驱动群控、多点系泊一致性跟踪分布式LMI鲁棒控制,填补了国内多点系泊定位与移位自适应控制上的空白,摆脱国外公司对定位技术的垄断。 6、应用推广情况 多点系泊协同控制技术已在中石化“勘探三号”、上海思英船务工程有限公司、青岛凯旋海洋工程有限公司、新加坡USNI PTE Ltd、南通力威机械有限公司、大连中远船务、俄罗斯等国内外推广应用。