【技術實現步驟摘要】
本專利技術是關于一種基于自適應mpc大型結構物動態滑移裝船的控制方法及系統，涉及海洋工程。
技術介紹
1、隨著海洋工程中大型結構物的重量和尺寸不斷增加，傳統的滑移裝船方法面臨許多挑戰。滑移裝船作為一種常見的大型結構物裝船方法，廣泛應用于海洋平臺和其他重型結構的裝載。
2、然而，傳統的滑移裝船方法存在一些不容忽視的缺陷：其一，滑移過程中無法實時適應駁船與碼頭之間的高度差變化，這使得駁船與碼頭滑軌難以保持平齊，從而導致結構物在裝載過程中可能出現不穩定甚至損壞的風險；其二，傳統滑移裝船通過分步滑移和壓載水調節來減少駁船縱傾與橫傾。然而，由于海況復雜和計算誤差，碼頭與駁船甲板平面無法完全重合。分步壓載導致裝船過程不連續，增加了操作復雜性和時間成本。
3、綜上，目前的研究多集中于改進滑靴系統，忽視了對駁船姿態的動態調節需求，難以有效解決分步壓載帶來的問題，導致裝載效率低下，時間成本較高。
技術實現思路
1、本專利技術旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，針對上述問題，本專利技術的目的是提供一種能夠顯著提高裝船的安全性、連續性和效率，減少裝船時間和結構物損壞風險的基于自適應mpc大型結構物動態滑移裝船的控制方法及系統。
2、第一方面，本專利技術提供一種基于自適應mpc大型結構物動態滑移裝船的控制系統，該系統包括傳感器模塊、計算機系統和中央控制器，所述傳感器模塊包括壓力傳感器、全站儀、液位傳感器和傾角儀；所述壓力傳感器設置在液壓滑靴上端與海洋油氣平臺
3、一個可能的優選實施例中，所述計算機系統包括mpc模塊和自適應控制模塊；
4、所述mpc模塊基于所述傳感器模塊采集的數據以及外部收集數據建立動態系統模型，并通過卡爾曼濾波器實時調整系統模型的參數實時生成控制策略，包括壓載水調節量和滑靴高度調整量；
5、所述自適應控制模塊實時監測系統的姿態誤差和外部擾動，并動態調整所述mpc模塊的權重矩陣使得所述mpc模塊生成更新后的最優控制策略。
6、一個可能的優選實施例中，所述中央控制器包括壓載水調節模塊和液壓滑靴模塊；
7、所述壓載水調節模塊，用于根據所述mpc模塊生成的壓載水調節量，向壓載水泵和閥門控制單元發送調節指令，通過控制壓載水泵的啟動/停止和閥門的開/關，調節各壓載艙的水量分布；
8、所述液壓滑靴模塊，用于根據所述mpc模塊生成的滑靴高度調整量，向液壓滑靴的液壓缸和電磁閥發送指令，控制液壓滑靴的伸縮。
9、第二方面，本專利技術還提供一種基于自適應mpc大型結構物動態滑移裝船的控制系統的控制方法，包括：
10、壓力傳感器、全站儀、液位傳感器和傾角儀將采集的數據發送計算機系統；
11、在裝船前收集外部數據發送到計算機系統，其中，外部數據包括結構物幾何特性數據和材料特性數據；
12、計算機系統根據傳感器模塊采集的數據，結合結構物的幾何特性和材料特性數據進行預裝船模式的數據初始化；
13、當大型結構物接近駁船時，進入正裝船模式，計算機系統根據采集的傳感器數據以及收集的外部數據實時生成最優控制策略；
14、中央控制器根據生成的最優控制策略實時調整壓載水量和滑靴高度，使得平臺模塊完全滑移到駁船上。
15、一個可能的優選實施例中，計算機系統根據傳感器模塊采集的數據，結合結構物的幾何特性和材料特性數據進行預裝船模式的數據初始化，包括：
16、壓載艙初始化：當大型結構物開始滑移至駁船時，計算機系統根據裝船方案設定每個壓載艙的初始水量wi0，中央控制器中的壓載水調節模塊通過控制壓載水泵，逐一向每個壓載艙注入精確計算出的水量，確保每個壓載艙達到初始設定的水量，使船舶甲板與碼頭滑道平齊，以維持駁船的初始平衡狀態；此時，壓力傳感器和全站儀持續監控并反饋數據，確保滑道的平穩連接；
17、滑靴高度設置：中央控制器的液壓滑靴模塊則根據計算機系統的指令使得大型結構物的多個支撐點下的液壓缸將結構物頂升至指定高度hinitial，每個滑靴的液壓缸通過電磁閥控制油壓的增減，從而實現精確的高度調節，此時，全站儀實時測量該高度，并將其作為理想高度進行位置補償。
18、一個可能的優選實施例中，當大型結構物接近駁船時，進入正裝船模式，計算機系統根據采集的傳感器數據以及收集的外部數據實時生成最優控制策略，包括：
19、計算機系統中的mpc模塊根據采集的傳感器數據以及收集的外部數據進行動態建，實時生成控制策略模塊，包括壓載水調節量和滑靴高度調整量。
20、一個可能的優選實施例中，計算機系統中的mpc模塊根據采集的傳感器數據以及收集的外部數據進行動態建，實時生成控制策略模塊，具體過程為：
21、mpc模塊建立如下的動態系統模型：
22、x(t+1)＝αx(t)+bu(t)+cd(t)
23、其中：x(t)表示系統狀態向量，包括橫傾角度θx(t)、縱傾角度θy(t)，u(t)為控制輸入向量，包括壓載水調節量δw(t)和滑靴高度調整量δh(t)，d(t)表示外部擾動，a、b、c為系統的狀態轉移矩陣；
24、卡爾曼濾波器實時調整動態系統模型的參數a、b、c確保其反映當前的實際工況；
25、自適應控制模塊負責實時調整mpc優化問題中的權重矩陣q和r，使用最小二乘法來估計這些權重矩陣的變化情況，通過優化權重矩陣q和r，最小化未來狀態與期望狀態之間的偏差，以及控制輸入的幅度；
26、在調整q、r后，自適應控制模塊會將新的權重值應用到mpc優化問題中，生成更新后的控制策略u(t)；
27、基于新生成的控制策略，計算得到的最優控制策略u(t)包括壓載水調節量δw(t)和滑靴高度調整量δh(t)。
28、一個可能的優選實施例中，卡爾曼濾波器實時調整動態系統模型的參數a、b、c確保其反映當前的實際工況，采用卡爾曼濾波器(kalman?filter)進行在線參數估計，具體過程為：
29、∧
30、預測當前時刻的狀態向量x(t+1|t)和協方差矩陣p(t+1|t)；
31、使用當前測量值更新預測狀態，并調整狀態轉移矩陣；
32、mpc模塊基于上述系統模型預測未來n個時間步長內的系統行為；
33、mpc模塊通過求解以下優化問題生成最優的控制策略：
34、
35、約束條件：
36、um本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于自適應MPC大型結構物動態滑移裝船的控制系統，其特征在于，該系統包括傳感器模塊、計算機系統和中央控制器，所述傳感器模塊包括壓力傳感器、全站儀、液位傳感器和傾角儀；
2.根據權利要求1所述的基于自適應MPC大型結構物動態滑移裝船的控制系統，其特征在于，所述計算機系統包括MPC模塊和自適應控制模塊；
3.根據權利要求2所述的基于自適應MPC大型結構物動態滑移裝船的控制系統，其特征在于，所述中央控制器包括壓載水調節模塊和液壓滑靴模塊；
4.一種基于權利要求1～3任一項所述的基于自適應MPC大型結構物動態滑移裝船的控制系統的控制方法，其特征在于，包括：
5.根據權利要求4所述的控制方法，其特征在于，計算機系統根據傳感器模塊采集的數據，結合結構物的幾何特性和材料特性數據進行預裝船模式的數據初始化，包括：
6.根據權利要求5所述的控制方法，其特征在于，當大型結構物接近駁船時，進入正裝船模式，計算機系統根據采集的傳感器數據以及收集的外部數據實時生成最優控制策略，包括：
7.根據權利要求6所述的控制方法，其特征在
8.根據權利要求6所述的控制方法，其特征在于，卡爾曼濾波器實時調整動態系統模型的參數A、B、C確保其反映當前的實際工況，采用卡爾曼濾波器(Kalman?Filter)進行在線參數估計，具體過程為：
9.根據權利要求8所述的控制方法，其特征在于，中央控制器根據生成的最優控制策略實時調整壓載水量，包括：
10.根據權利要求8所述的控制方法，其特征在于，中央控制器根據生成的最優控制策略實時調整滑靴高度，包括：
...【技術特征摘要】
1.一種基于自適應mpc大型結構物動態滑移裝船的控制系統，其特征在于，該系統包括傳感器模塊、計算機系統和中央控制器，所述傳感器模塊包括壓力傳感器、全站儀、液位傳感器和傾角儀；
2.根據權利要求1所述的基于自適應mpc大型結構物動態滑移裝船的控制系統，其特征在于，所述計算機系統包括mpc模塊和自適應控制模塊；
3.根據權利要求2所述的基于自適應mpc大型結構物動態滑移裝船的控制系統，其特征在于，所述中央控制器包括壓載水調節模塊和液壓滑靴模塊；
4.一種基于權利要求1～3任一項所述的基于自適應mpc大型結構物動態滑移裝船的控制系統的控制方法，其特征在于，包括：
5.根據權利要求4所述的控制方法，其特征在于，計算機系統根據傳感器模塊采集的數據，結合結構物的幾何特性和材料特性數據進行預裝船模式的數據初始化，包括：
...
【專利技術屬性】
技術研發人員：郭華，楊向前，杜文杰，周超，張甫，王雋妍，劉磊，劉尚瑞，
申請(專利權)人：中海石油中國有限公司，
類型：發明
國別省市：
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