随着油气资源需求的不断增长,人们越来越重视海洋油气资源的开采。海洋柔性立管作为连接海上船舶和海底井口必不可少的输送部件,在海洋油气开采过程中发挥着举足轻重的作用。由于海洋环境的复杂性,海洋柔性立管系统极易受到扰动荷载的作用发生振动现象。这种振动偏移的现象不仅会影响海洋油气开采系统的效率和性能,降低生产寿命,还可能引发严重的安全事故。为了确保立管系统的安全性和提高生产率,本文主要针对海洋柔性立管系统的减振控制进行了研究。具体内容如下:1.本文通过边界控制技术及李雅普诺夫直接法的结合,设计出一个比例-微分(PD)边界控制器对立管系统的振动进行主动控制。PD控制器设计简单,能使立管系统状态在外界干扰下具有一致有界性,同时运用数值仿真实验对控制器的性能进行仿真验证。数据表明,该控制器能有效抑制立管系统的振动。2.本文考虑非线性输入饱和的影响,基于反步技术及边界控制理论的融合,利用辅助系统补偿输入饱和非线性特性,提出了一种抑制立管振动的全局稳定控制策略,并运用李雅普诺夫稳定性定理严格验证控制系统的稳定性,同时进行仿真实验,对该控制器的减振性能进行验证。进一步,考虑到不连续符号函数在工程上易引起输入颤振问题,因此设计饱和函数替代控制器中符号函数,以提升振动控制品质。3.本文针对具有输入饱和的柔性立管系统制定了一种基于扰动观测器的边界控制器。主要通过设计一种处理时变边界扰动的边界干扰观测器,并将其应用为立管系统的前馈补偿器,同时与反步技术及边界控制方法相结合进行控制器设计,其中利用辅助系统补偿输入饱和非线性特性,运用李雅普诺夫相关理论证明其稳定性。最后进行数值仿真对该控制器的有效性进行验证。4.本文针对带不确定参数或未知参数且具有输入饱和特征的立管系统提出了一种用于抑制边界振动偏移的自适应边界控制器。该控制器的设计基于李雅普诺夫直接法,并运用了反步技术和自适应技术,通过引入辅助系统来处理输入饱和的影响,同时设计了自适应律来补偿系统参数不确定性,提出扰动自适应法来消除边界扰动的影响。利用所提出的控制方案,保证系统状态一致有界并收敛到其平衡位置的小邻域。最后通过数值模拟仿真来说明所提出的控制器的有效性。