Adaptive boundary control of a flexible marine installation system

توضیحات

ABSTRACT

In this paper, boundary control of a marine installation system is developed to position the subsea payload to the desired set-point and suppress the cable’s vibration. Using Hamilton’s principle, the flexible cable coupled with vessel and payload dynamics is described as a distributed parameter system with one partial differential equation (PDE) and two ordinary differential equations (ODEs). Adaptive boundary control is proposed at the top and bottom boundaries of the cable, based on Lyapunov’s direct method. Considering the system  parametric uncertainty, the boundary control schemes developed achieve uniform boundedness of the  steady state error between the boundary payload and the desired position. The control performance of the closed-loop system is guaranteed by suitably choosing the design parameters. Simulations are provided to illustrate the applicability and effectiveness of the proposed control.

INTRODUCTION

In recent years, with the increasing trend towards oil and gas exploitation in deep water, accurate position control for marine installation operations has attracted increasing attention. Due to the requirements for high accuracy and efficiency arising from the modern ocean industry, improving reliability and efficiency of installation operations during oil and gas production in the ocean environment has become a challenging research topic in offshore engineering. Traditional marine installation systems consist of vessel dynamic positioning and crane manipulation to obtain the desired position and heading for the payload (Engineer, 2005; Rowe, Mackenzie, & Snell, 2001). Such methods become difficult in deeper waters due to the long  cable between the surface vessel and the payload. One solution for alleviating the precision installation problem is the addition of thrusters attached the payload for the installation operation (How, Ge, & Choo, 2010). Such a marine installation system consists of an ocean surface vessel, a flexible string-type cable and a subsea payload to be positioned for installation on the ocean floor, as depicted in Fig. 1  The surface vessel, to which the top boundary of the cable is connected, is equipped with a dynamic positioning system with an active thruster. The bottom boundary of the cable is a payload with an end-point thruster attached. This thruster is used for dynamic positioning of the payload. The total marine installation system is subjected to environmental disturbances including ocean currents, waves, and wind.

چکیده

در این مقاله، کنترل مرزی یک سیستم نصب و راه اندازی دریایی برای جابجایی زیردریایی به مقصد مورد نظر و سرکوب ارتعاش کابل توسعه داده شده است. با استفاده از اصل همیلتون، کابل انعطاف پذیر همراه با دینامیک کشتی و بارگیری به عنوان یک سیستم پارامتر توزیع با یک معادله دیفرانسیل جزئی (PDE) و دو معادله دیفرانسیل معمولی (ODEs) توصیف می شود. کنترل مرزی سازگار در مرزهای بالا و پایین کابل، براساس روش مستقیم Lyapunov ارائه شده است. با توجه به عدم قطعیت پارامتری سیستم، طرح های کنترل مرزی به محدودیت یکنواخت خطای حالت ثابت بین بار بار مرزی و موقعیت مطلوب دست یافتند. عملکرد کنترل سیستم حلقه بسته با انتخاب مناسب پارامترهای طراحی تضمین می شود. شبیه سازی برای نشان دادن کاربرد و اثربخشی کنترل پیشنهادی ارائه شده است.

مقدمه

در سال های اخیر، با افزایش روند بهره برداری از نفت و گاز در آب های عمیق، کنترل موقعیت دقیق عملیات نصب دریایی توجه بیشتری را به خود جلب کرده است. با توجه به الزامات دقت بالا و کارایی ناشی از صنعت مدرن اقیانوس، بهبود قابلیت اطمینان و کارایی عملیات نصب در طول تولید نفت و گاز در محیط اقیانوس، به موضوع تحقیقاتی چالش برانگیز در مهندسی دریایی تبدیل شده است. سیستم های سنتی دریایی شامل موقعیت دینامیکی کشتی و دستکاری جرثقیل برای بدست آوردن موقعیت مطلوب و جابجایی بار (Engineer، 2005؛ Rowe، Mackenzie، & Snell، 2001). چنین روش هایی در آب های عمیق تر به دلیل کابل طولانی بین کشتی سطحی و بار حمل و نقل دشوار است. یک راه حل برای رفع مشکل نصب دقیق این است که علاوه بر رانندگان متصل بار بار برای عملیات نصب (How، Ge، & Choo، 2010). چنین سیستم نصب و راه اندازی دریایی شامل یک کشتی سطح اقیانوس، یک کابل رشته ای انعطاف پذیر و یک زیردریایی برای نصب در کف اقیانوس است، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است. کشتی های سطحی، که مرز بالا از کابل متصل شده است، با یک سیستم موقعیت یابی پویا با موتور محرک فعال مجهز شده است. مرز پايين كابل يك بار كاري با يك موتور توربين انتهايي متصل است. این راننده برای موقعیت دینامیکی بار استفاده می شود. مجموع سیستم نصب دریایی به اختلالات زیست محیطی شامل جریانهای اقیانوس، امواج و باد منتهی می شود.

Year: 2011

Publisher : ELSEVIER

By :  Wei He , Shuzhi Sam Ge , Shuang Zhang

File Information: English Language/ 8 Page / size: 785 KB

Only site members can download free of charge after registering and adding to the cart

Download tutorial

سال : 1390

ناشر : ELSEVIER

کاری از : Wei He , Shuzhi Sam Ge , Shuang Zhang

اطلاعات فایل : زبان انگلیسی / 8 صفحه / حجم : KB 785

فقط اعضای سایت پس از ثبت نام و اضافه کردن به سبد خرید می توانند دانلود رایگان کنند.خوشحال می شویم به ما پبیوندید

آموزش دانلود