自由状态下深海立管运动控制

自由状态下的深海立管指的是下端处于非连接状态的深海立管，如入井操作中的深海立管。由于深海立管从初始位置移动到目标位置时，常在目标位置晃动，导致立管的入井操作实现起来很困难。为了使立管能顺利完成入井操作，本课题将对自由状态下的深海立管的运动控制问题展开研究。首先建立一个适合于控制计算的立管动力学模型，并对相应的动力学方程进行求解。分析深海立管在上端运动、海洋扰动（如小幅海波、低速海流等）情况下的动力学响应特性。以控制立管上端运动作为控制立管整体运动的控制途径，从理论上探索立管从初始位置移动到目标位置后整体没有晃动的控制方法，以及立管在目标位置晃动抑制的控制方法。并考虑到实际海况的不可预知性，结合立管动力学特性，探索立管在水中运动的自适应控制技术。将这些研究成果应用于实际工程中，对自由状态的立管运动进行有效地控制，将有助于立管入井操作顺利地完成。

通过对自由状态下的深海立管运动控制进行研究，以解决深海立管在安装作业过程中的入井困难这一工程问题。自由状态深海立管是下端处于非连接（即自由）状态的深海立管，其整体的运动控制都需要通过立管上端运动来完成。深海立管的重入井操作是一个典型的自由状态下立管的运动控制问题，由于大长度立管自身的柔性杆件特性，仅在上端运动作用下完成立管入井作业非常的费时且操控难度极高。本研究将自由状态深海立管在水中视为大细长比的柔性杆件结构物，通过建立适合于自由状态深海立管的多柔性体模型(Flexible Segment Model, FSM)、连续微元体模型等动力学模型及对应的求解方法，由数值计算的方法分析深海自由立管对上端运动和其他外部激励作用下的立管动力学响应特性。同时结合深海立管的动力学响应特性，在理论上应用智能优化方法，探索用于优化控制立管上端的运动策略，以减少立管重入井过程中的晃动。