海上自升式钻井平台升降控制系统设计与研究

论文摘要

随着世界经济和技术的发展,海洋开发已成为全球新技术革命的重要组成部分,而海洋油气开发又是当今海洋资源开发工程的主要内容之一。海洋移动式平台是海洋油气勘探、开发的主要设备。目前,我国使用和制造的海上石油钻井平台中的控制系统基本都是采用国外产品,国内对海上自升式钻井平台升降系统的相关分析相对较少。因此,开展这方面的研究具有重要的意义。本课题来源于大连海事大学与中远南通迪施有限公司的“自升式海洋平台提升锁紧控制系统研发”的合作项目。本文首先对海上自升式平台升降控制系统的原理和功能进行了总体说明,然后根据系统的要求对自升式平台的控制系统进行了设计,对系统相关的重要设备进行选型,并对升降系统进行了数学建模,最后通过采用自适应智能模糊—Smith控制算法对模型进行了仿真研究。本文阐述了海洋自升式平台分布式控制系统的组成结构,论述了上位工业控制计算机与现场级PLC之间的通讯,数据采集,集中控制等软、硬件设计的思想与制作方法。除此之外,本文的研究重点是在对平台各个组成环节进行数学建模的基础上,针对系统控制结构复杂、大时滞的特点,重点研究了适用的控制算法,本文经过对比控制方法研究,由Smith预估器到模糊预估控制,再到结合两者优势的模糊—Smith控制。为进一步提高Smith控制的稳态精度及自适应能力,提出自适应智能模糊—Smith控制策略。仿真结果表明,本文采用的控制方法的动静态特性比采用Smith预估控制具有更好的控制效果,该控制策略具有更好的动静态特性及更强的鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景和研究意义
• 1.2 国内外发展情况与现状
• 1.2.1 国外情况
• 1.2.2 国内情况
• 1.2.3 研究现状
• 1.3 课题来源及研究内容
• 第2章 自升式海洋钻井平台提升系统简介
• 2.1 自升式平台提升系统
• 2.1.1 钻井平台提升系统
• 2.1.2 提升锁紧系统
• 2.2 控制系统的主要功能
• 2.2.1 功能
• 2.2.2 控制系统的组成
• 2.2.3 报警功能
• 2.3 特殊传感器的选型与测量
• 2.3.1 水平仪介绍
• 2.3.2 高度测量
• 2.3.3 载荷测量
• 第3章 控制系统总体设计方案
• 3.1 系统总体结构
• 3.1.1 中央控制级
• 3.1.2 电机变频控制级
• 3.1.3 桩腿现场控制级
• 3.1.4 PLC模块的选择
• 3.2 系统的功能
• 3.2.1 测量和处理功能
• 3.2.2 系统显示功能
• 3.2.3 打印功能
• 3.2.4 参数修改功能
• 3.2.5 数据存储和历史数据浏览功能
• 3.3 控制与操作
• 3.3.1 平台升降自动控制
• 3.3.2 手动控制
• 3.3.3 本地操作
• 第4章 石油平台升降系统数学模型的建立
• 4.1 平台水平解耦
• 4.2 阀控液压马达的数学模型
• 4.2.1 阀控液压马达动力机构传递函数
• 4.2.2 阀控液压马达模块传递函数
• 4.2.3 阀控液压马达传递函数计算
• 4.3 速度信号放大器
• 4.4 减速器数学模型
• 4.5 单桩腿控制系统的数学模型
• 4.6 降阶拟合模型
• 第5章 平台升降系统模型控制方法的研究
• 5.1 Smith预估控制器设计
• 5.2 时滞过程的模糊Smith控制
• 5.3 大时滞过程自适应智能模糊-Smith控制研究
• 5.4 仿真实例
• 5.4.1 MATLAB/SIMULINK简介
• 5.4.2 动静态性能分析
• 5.4.3 鲁棒性测试
• 5.4.4 结论
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表论文
• 致谢