【摘要】：海洋輸油立管作為連接油井和海面平臺(tái)的重要部件，在海洋石油、天然氣等生產(chǎn)過程中起到至關(guān)重要的作用。然而由于其特殊工作環(huán)境，立管振動(dòng)現(xiàn)象將難以避免，而振動(dòng)將使立管疲勞，并縮短其工作壽命、降低企業(yè)生產(chǎn)效率、提高其生產(chǎn)成本。因此，海洋油氣開發(fā)過程中的輸油立管振動(dòng)控制問題在近年得到越來越多的關(guān)注。 海洋輸油柔性立管的振動(dòng)是引起立管疲勞破壞的主要原因，對(duì)其研究主動(dòng)控制是消除疲勞破壞的有效方法。本文引入內(nèi)流動(dòng)力學(xué)，完善了立管原始無窮維分布參數(shù)模型，更好地表達(dá)了柔性立管的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。 本文針對(duì)海洋柔性立管系統(tǒng)，利用主動(dòng)邊界控制方法研究柔性立管振動(dòng)控制問題。主要內(nèi)容有如下幾點(diǎn)： 1.海洋輸油柔性立管的動(dòng)態(tài)特性由帶時(shí)間和空間變量的偏微分方程表示的分布參數(shù)模型描述。海洋輸油管道振動(dòng)模型是歐拉-伯努利梁振動(dòng)模型，在對(duì)其柔性基礎(chǔ)簡化模型分析的基礎(chǔ)上，運(yùn)用Hamilton原理推導(dǎo)出含柔性基礎(chǔ)的柔性梁振動(dòng)的偏微分方程。 2.在立管的末端邊界用Lyapunov直接法對(duì)柔性立管的穩(wěn)定性和一致穩(wěn)定性進(jìn)行了證明,設(shè)計(jì)了邊界控制器調(diào)節(jié)柔性立管在內(nèi)外流激勵(lì)下的振動(dòng)。應(yīng)用本文所提出的邊界控制方法,可達(dá)到在洋流干擾下的一致有界性和自由振動(dòng)下的指數(shù)穩(wěn)定性。所提出的控制方法與系統(tǒng)參數(shù)無關(guān),可確保在參數(shù)變化下系統(tǒng)具有魯棒性。 3.本文對(duì)所提的控制方法用有限元法進(jìn)行了數(shù)值模擬。數(shù)值仿真驗(yàn)證了所提控制方法的可行性。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：P756.2;TP273
【圖文】：

圖 3-2 立管系統(tǒng)簡化示意圖方法，可總結(jié)這類立管結(jié)構(gòu)的一維建為如下：：2 2( )sm w t = F+Γ J ( ω t )= M + k × F+Π 和單位內(nèi)流質(zhì)量總和，F(xiàn) 和 M 總內(nèi)力和 為位移距離，J 為立管截面慣性矩（包加速度示。這里假設(shè)立管初始位置是性的借鑒文獻(xiàn)[36-37]的研究成果求得合經(jīng)典 Morison 公式和“平均建模法”中包括 ms影響。而整個(gè)系統(tǒng)的總動(dòng)能EElEnEzK = K+K+K

的振動(dòng)偏移量也有非常顯著的減小，這體現(xiàn)了邊界控制方法在柔性立管振動(dòng)控制獨(dú)特優(yōu)勢；3) 由圖 5-12 可知，有內(nèi)流時(shí)控制器的輸入范圍為7 7 1 2 × 10 N ~ 7 × 10N，而負(fù)的控表明控制作用力與海流速度相反。半實(shí)物模擬初步方案控制算法設(shè)計(jì)完成后，我們擬搭建 ARM-PC 平臺(tái)來對(duì)立管的振動(dòng)進(jìn)行半實(shí)物模先在 PC 上利用 MATLAB 的 GUI 設(shè)計(jì)，進(jìn)行可視化界面操作，建立模擬立管振面。然后再利用 PC 的串口和 ARM 建立通信，最后在 ARM 上的 Android 系統(tǒng)上管模型數(shù)據(jù)監(jiān)視和控制信號(hào)作用。實(shí)物模擬系統(tǒng)由立管仿真部分、串口通信部分以及控制器部分構(gòu)成。如圖 5-13

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2736450