隨機波浪載荷下海洋平臺的振動控制技術研究.pdf

1、海洋平臺工作在比較惡劣的海洋環(huán)境中,受到風、浪、流等各種載荷的作用,存在著明顯而持續(xù)的振動。平臺的振動會加劇結(jié)構(gòu)的疲勞破壞,降低系統(tǒng)可靠性,影響生產(chǎn)和工作人員的安全舒適。隨著我國海洋工程的發(fā)展,采取一定措施減輕海洋平臺的振動已日趨重要?；诖搜芯勘尘?本文旨在提出相應的控制策略來降低海洋平臺在隨機浪載荷下的振動響應。
　　本文系統(tǒng)地總結(jié)了海洋平臺振動控制的方法,對其研究背景及意義、國內(nèi)外的研究進展和工程應用進行了闡述,指出了目前存

2、在的問題和研究方向。在隨機波浪理論的基礎上描述海浪模型,根據(jù)小振幅波理論采用Morsion方程計算波浪力,并運用譜分析的方法得到波浪力譜,通過數(shù)值仿真計算海洋平臺的動力響應。在傳統(tǒng)TMD被動控制的基礎上引入狀態(tài)反饋,運用極點配置法確定反饋增益K,從而進一步減小海洋平臺的振動控制。分析磁流變阻尼器的工作原理和性能,建立磁流變阻尼器的恢復力力學模型?；陔S機最優(yōu)理論的LQG控制算法得到海洋平臺的最優(yōu)控制力,采用磁流變阻尼器作為系統(tǒng)的作動器,

3、根據(jù)半主動控制策略,磁流變阻尼器輸出的控制力與最優(yōu)控制力進行比較計算,得到半主動控制力,實現(xiàn)對海洋平臺的變阻尼半主動控制。編寫了相應的MATLAB程序,通過數(shù)值計算仿真,研究了不同的控制策略對海洋平臺的減振控制效果。
　　數(shù)值計算分析表明:隨機波浪作用下的海洋平臺存在著明顯的振動;TMD被動控制可通過吸收平臺的振動能量,實現(xiàn)降低海洋平臺振動響應的目的,但只能實現(xiàn)單一頻率上的控制,且減振幅值受到限制;對海洋平臺-TMD系統(tǒng)引入狀態(tài)反

4、饋,可實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)響應的實時預測和跟蹤,進一步減小結(jié)構(gòu)的振動響應,并實現(xiàn)全頻域上的控制,并與單純的主動控制相比,可節(jié)約大量能量,具有更經(jīng)濟合理的優(yōu)點;磁流變(MR)阻尼器可通過調(diào)節(jié)磁場,改變自身輸出的阻尼力,且具有能耗小、出力大、響應快、裝置簡單可靠的優(yōu)點,是理想的半主動控制元件;基于LQG算法的磁流變半主動控制,求解最優(yōu)控制力時,僅需測量加速度即可實現(xiàn)反饋,簡單易行,避免了最優(yōu)控制中所需的全狀態(tài)反饋,可減少傳感器的使用數(shù)目,并且考慮了測