一种海洋立管横向振动pd控制模拟方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于海洋输油立管安全生产领域，具体涉及一种海洋立管横向振动ro控 制模拟方法。
【背景技术】
[0002] 海洋输油管道是海上油气集输的主要形式，具有连续、快捷、输送量大、受气候影 响小等优点。它连接着海洋油气田开发的上游和下游，是整个海洋油气田开发中的生命线 工程。目前海洋油气开发（特别是深水和超深水油气资源勘探开发）已经成为世界油气开 采的重点领域。海洋油气资源的安全生产对于我国打造可持续能源和资源面积，维护国家 经济安全具有重要意义。由于近海油气生产的特点，海洋输油管道多采用裸露敷设，掩埋管 线的海床受海水不断冲刷，海底管线经常出现悬空。输油管道悬空段在海水涡旋激励的作 用下，易产生周期性振动。其中由振动引起的立管疲劳破坏是影响海洋输油安全的重要原 因，由此引起的原油泄漏，既给近海油气生产带来重大的经济损失，也给近海海域的生态环 境带来灾难性的破坏。对海洋石油资源进行开发利用，无论是从实现节能减排目标，还是从 能源需求、能源安全以及能源长远战略目标储备上考量，都具有重要意义。
[0003] 国内对海洋输油管道振动问题的研宄还相对较少，主要集中在输油管道稳定性分 析、涡激振动分析等理论分析方面，尚无针对管道振动进行问题建模及安全控制设计等方 面的深入研宄。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种海洋立管横向振动ro控 制模拟方法。
[0005] 本发明采用如下技术方案：
[0006] -种海洋立管横向振动ro控制模拟方法，包括如下步骤：
[0007] S1利用差分离散化方法，对roEs方程进行离散化处理；
[0008] S2离散处理S1得到的数据，时间离散点每次运算7个，此离散迭代方法记为F7;
[0009] S3在PC机上建立Matlab⑶I界面，将第n次运算的7个差分运算结果用plot函 数画出，显示在界面窗口，同时将每次运算的7个差分运算结果由串口传送到控制模块；
[0010] S4控制模块接收串口传输的数据，对数据进行标识符识别分类后，并判断数据格 式是否正确，若正确，则提取这组数据中的w(L/2, t)、w(L，t)储存，否则返回数据，重新标 识符分类，w(L/2, t)、w(L，t)分别指在t时刻海洋立管中部L/2位移处和末端L位移处的 振动偏移量，L为海洋立管的长度；
[0011] S5根据计算海洋立管中部横向振动速度及海洋立管末端横向振动速度设计ro边 界控制算法；
[0012] S6将ro控制算法转为电信号通过串口发回到PC机，PC机判断是否有信号，若 判断为有，加入控制信号，重复S1-S5,若判断为无，则进行n+1次的7个差分运算即重复 S3-S5, n为自然数，初始值为1。
[0013] 所述ro边界控制算法如下：
[0014]
【主权项】
1. 一种海洋立管横向振动PD控制模拟方法，其特征在于，包括如下步骤： S1利用差分离散化方法，对roEs方程进行离散化处理； S2离散处理S1得到的数据，时间离散点每次运算7个，此离散迭代方法记为F7; S3在PC机上建立Matlab⑶I界面，将第n次运算的7个差分运算结果用plot函数画 出，显示在界面窗口，同时将每次运算的7个差分运算结果由串口传送到控制模块； S4控制模块接收串口传输的数据，对数据进行标识符识别分类后，并判断数据格式是 否正确，若正确，则提取这组数据中的w(L/2,t)、w(L，t)储存，否则返回数据，重新标识符 分类，w(L/2,t)、w(L，t)分别指在t时刻海洋立管中部L/2位移处和末端L位移处的振动 偏移量，L为海洋立管的长度； S5根据计算海洋立管中部横向振动速度及海洋立管末端横向振动速度设计ro边界控 制算法； S6将ro控制算法转为电信号通过串口发回到pc机，pc机判断是否有信号，若判断为 有，加入控制信号，重复S1-S5,若判断为无，则进行n+l次的7个差分运算即重复S3-S5,n 为自然数，初始值为1。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述ro边界控制算法如下：
其中：ht=T/nt为将仿真时间T进行nt，ntGZ等分后每段的步长，kpk2>0是调试后 选择的最优控制增益
分别是海洋立管振动的横向位移函数w(x，t)在位 置L处和时间t' =bht,b= 1，2, 3,...时关于位移x和时间t一阶偏导数。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S2离散处理S1得到的数据，时间离散点 每次运算7个，此离散迭代方法记为F7; S2. 1初始化各个参数，建立4个矩阵，即2个临时储存矩阵Df，Dlw和2个存储矩阵DF，D1W; S2. 2当t= 7n时，n初始值为1，的运算的结果存入Df，利用Df中的数值离散计算w(x，t)，得到Dlw，同时将这2个矩阵里的值分别存入2个存储矩阵； S2. 3再由Dlw算出柔性机械臂L处的值w(L，t)放入新建的D2w，此时得到了整个柔性机 械臂0到L处的状态，然后由函数plot画图在显示窗口显示； S2. 4将运算好的临时储存矩阵数据存入存储矩阵，将临时矩阵清零，然后当判断到t=(n+l)X7时再继续以上3个步骤； S2. 5当判定t=Timeout时结束循环。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制模块位于ARM板上。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述MatlabGW界面设置暂停按钮及流 速输入窗口。
【专利摘要】本发明公开了一种海洋立管横向振动PD控制模拟方法，包括对偏微分方程进行离散化处理，然后在PC机上建立Matlab GUI界面动态模拟立管振动，采集立管振动的数据，通过串口传输控制模块，控制模块根据数据设计PD控制算法，并将算法转为电信号输出到PC机，发明的界面能及时接收控制模块发出的控制信号并快速对控制信号进行响应。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104573259
【申请号】CN201510032927
【发明人】刘屿, 赵志甲, 许冰霜
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月22日