钢导管架海洋平台的滑模H∞控制器设计(2)

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3.4 结论 21

总结 22

致谢 23

参考文献 24

1 绪论

1.1 海洋平台减振控制的研究背景和意义

1.1.1 研究的目的及意义

众所周知，近年来随着世界范围内社会经济和科学技术的高速发展，油气资源的消耗不断加剧，陆地原油的开采速度也不断提高。经过过去数十年的开发勘探，陆地上已经很难发现大型油田。而现有的油田正面临着资源拮据和开采艰难的困境。世界各国都逐渐将关注的目光投向了海洋领域的油气勘探与开发，数据显示海洋中蕴藏了世界范围70%以上的油气资源，而深水区域是油气资源的重要接替区，潜在石油储存量约1000亿桶。最近10年内全国53%以上的石油产量来自于海洋，并且开发正加剧提速，2010年则达到了85%。相比之下，具有很大开发潜力的海洋必然会成为未来油气资源开采的主要方向。据统计，我国在近海正在开发的油气田共约个左右。与此同时，国际油价的不断攀升，也逐渐缓解了深水油气开发的高成本瓶颈问题。因此，深水油气开发战略是我国油气资源发展的必然选择。

目前应用海洋平台最为广泛的领域当属海上油气资源的勘探与开发。海洋平台按功能主要划分为钻井平台和生产平台两大类，分别设有钻井设备和采油设备；按结构类型及特点划分，海洋平台大致分为固定式、移动式和顺应式海洋平台三类。目前用于海上石油生产的大多数属于固定式海洋平台，包括桩式和重力式平台两个类型。桩立式海洋平台通过打桩的方法固定于海底，其中的导管架平台是目前海上作业应用最为广泛的一种平台。海洋平台属于大型柔性结构，在外部扰动荷载的作用下，由于其结构特性，必然造成较大幅度的振动响应，对于作业人员的身体状况以及平台结构本身的疲劳度都有着不可避免的影响。随着近几年海洋油气开发力度的不断提高，国内外海洋平台的安全事故也接连不断。比如，2010年4月发生的位于墨西哥湾的英国石油公司“深水地平线”石油钻探平台爆炸事故，造成数千万加仑石油泄漏,成为全球关注的焦点； 2011年8月发生的位于英国北海的壳牌石油公司“塘鹅1号”钻井平台海底管道破裂事故，造成200余吨石油泄漏。“十一五”期间，国内海洋石油勘探开发中发生的溢油污染事故共记41起，其中渤海19起，南海22起。在我国油气开发逐步向深海领域发展的同时，海洋平台装置的安全问题，正逐渐地引起公众的关注和担忧。油气勘探发展迫在眉睫，技术问题却一直成为制约我国海洋油气勘探开发最重要的因素。近数十年内，由于海洋油气勘探开采的高昂成本，以及我国落后的技术现状，多口油井的特许权出售给了康菲石油等外国石油公司。因此,无论是从社会安全的角度还是从经济利益的方面出发，对海洋平台安全性能的控制研究工作都有着深远的意义。

1.1.2 国内外研究概况

1.2 滑模变结构控制

滑模变结构控制是指在控制方法设计过程中，给出两种控制结构，结构随着系统的轨迹变化而在两者之间相互转化，从而使系统到达某一指定的滑模面，然后沿着滑模面达到稳定。因此，滑模变结构控制的问题主要由两部分组成：首先是设计切换函数，使得滑模面具有预先设定的动态性能；其次是设计变结构控制律使得系统的状态轨迹能够在有限时间内到达滑模面并沿着滑模面滑向平衡点。