网络环境下海洋平台振动系统建模及其主动控制研究

The detection, early warning and control of the development facilities of ocean oil and gas resources are main measures to guarantee the safety of ocean resources development. Offshore platforms are infrastructures of exploring ocean oil and gas resources. In addition, offshore platforms are the bases of production, operations and life. It is theoretically and applicably significant for the exploration and utilization of the ocean resources to investigate the active control for the offshore platforms in the network environments. This project aims to investigate the dynamic modeling, active control and simulation verifications of the offshore platform systems under the network settings. The main contents of this project conclude: (1) to consider the systematic uncertainties, highly coupled nonlinear properties and time-delays, and to establish network-based dynamic models of the offshore platforms subject to wave forces and/or earthquake; (2) using Lyapunov-Krasovskii stability theory and sliding mode control, fuzzy control schemes to develop network-based active control schemes and controller implementation problems for the network-based offshore platforms, where several factors including network-induced delays, sampling, packet dropouts are taken into accounts; (3) to apply the theoretical results to the offshore platforms to demonstrate the effectiveness of the proposed control schemes numerically and experimentally. Based on the above systematic researches, the prospects of series of theoretical results and high quality research papers will be obtained.

海洋平台是海洋石油天然气资源开发的基础性设施，是海上生产作业和生活的基地。研究网络环境下的海洋平台主动控制问题对于海洋资源的开发和利用具有重要的理论价值和应用前景。本项目拟研究基于网络化控制的海洋平台系统建模、控制以及实验验证问题。主要内容包括：（1）结合海洋平台系统的不确定性、强耦合特性、系统时滞等因素，建立考虑波浪力、地震等外力作用下的海洋平台网络化控制系统的动力学模型；（2）利用Lyapunov-Krasovskii时滞相关稳定性理论，结合滑模控制、模糊控制等方法研究海洋平台网络化主动减振控制策略和控制器的实现等问题，分析网络诱导时滞等对海洋平台系统性能的正面作用；（3）进一步将理论研究结果应用于海洋平台网络化减振控制系统的的数值仿真和实验研究。本项目将围绕海洋平台的网络化系统建模、控制和分析等问题，开展创新性研究，并力争发表系列高水平研究论文。

海洋平台是海洋石油天然气资源开发的基础性设施，是海上生产作业和生活的基地。研究网络环境下的海洋平台主动控制问题对于海洋资源的开发和利用具有重要的理论价值和应用前景。本项目围绕网络控制环境下的海洋平台系统建模、主动减振控制方法设计以及实验验证等问题进行了研究，其主要内容包括（1）考虑海洋平台系统参数不确定性、强耦合特性、系统时滞等因素，建立考虑波浪力和地震等外力作用下的固定式和浮动式海洋平台网络化控制系统动力学模型；（2）利用网络控制理论及Lyapunov-Krasovskii时滞相关稳定性理论，结合滑模控制、模糊控制等方法研究海洋平台网络化主动减振控制策略和控制器的实现等问题；（3）将理论研究结果应用于海洋平台网络化减振控制系统的数值仿真和实验研究。. 本项目取得的主要研究成果包括：（1）针对固定式海洋平台系统，分别给出了在随机波浪力作用下、在地震作用下以及波浪力和地震共同作用下的海洋平台系统的网络化系统动力学模型；（2）基于上述模型，重点研究了基于事件触发的若干海洋平台网络化控制器设计方法，得到了在网络化控制器作用下平台闭环系统渐近稳定的充分条件。特别地，研究得到了考虑网络攻击情况下海洋平台系统安全减振控制器的设计方法；（3）针对一类单柱式浮动式海洋平台系统（Spar-Type），提出了主动垂荡板的辅助减振控制思路，并给出了该系统的网络化动力学模型及其网络控制器的设计方法。上述研究结果对提高海洋平台控制系统性能、改善平台的安全性，开发和利用对海洋资源具有一定价值；同时，该项目的研究结果，对丰富和拓展网络化控制系统的应用研究领域具有重要意义。