[发明专利]应用于主动绞车升沉补偿的预测控制方法及系统

权利要求书

1.应用于主动绞车升沉补偿的预测控制方法，其特征在于基于外环位移控制器和内环速度控制器进行双层控制，所述方法包括如下步骤：

以三相异步电动机动态数学模型为基础，构建矢量变频控制系统，内环速度控制器通过矢量变频控制系统闭环控制电机转速；

配置外环位移控制器的预测模型，所述预测模型用于以电机频率为输入、预测输出大钩位移；

构建并训练外环位移控制器的平台升沉预测模型，所述平台升沉预测模型用于以平台升沉运动数据为输入、预测并输出平台升沉位移预测值；

以平台升沉运动数据为参考输入，以预测模型的输出的大钩位移为参考轨迹，将大钩位移和平台升沉位移相比较，通过求解QP问题获得电机频率的局部最优控制策略，并输出电机频率计算值；

基于所述电机频率计算值，内环速度控制器通过矢量变频控制系统闭环控制电机转速。

2.根据权利要求1所述的应用于主动绞车升沉补偿的预测控制方法，其特征在于所述矢量变频控制系统的输入量为电机的参考转速n_ref和转子磁链ψ_r，所述参考转速n_ref采用双闭环控制，外环为转速PI调节器，内环为定子电流转速分量PI调节器；转子磁链ψ_r外环采用开环控制，其产生的定子电流励磁分量由一个PI调节器实现闭环控制。

3.根据权利要求1所述的应用于主动绞车升沉补偿的预测控制方法，其特征在于在变频器性能理想的情况下，对于矢量变频控制系统，电机电磁转矩和转速的关系式如下：

式中，T_n为变频器输入频率,K为压频转换系数，n_n为电机实际转速，n_p为电机极对数，R′_r为转子每相电阻。

4.根据权利要求1所述的应用于主动绞车升沉补偿的预测控制方法，其特征在于外环位移控制器只是通过电机频率控制大钩运动，所述预测模型为钻机起升系统模型，为非线性系统，所述非线性系统的离散状态空间表达形式描述为：

所述非线性系统在工作点处线性化，得到线性系统的线性状态空间表达式如下：

其中，A为3×3的矩阵，B为3×1的矩阵；

当前时刻系统状态量为

当前时刻系统控制量为变频器设定频率f；

所述预测模型输出为大钩位移x_g。

5.根据权利要求1所述的应用于主动绞车升沉补偿的预测控制方法，其特征在于基于P-M谱建立海浪谱描述形式，表示为：

式中，a＝0.0081，g为重力加速度，B参数由风速和海况等级决定；

基于线性叠加原理，得到海浪运动的表达式如下：

式中，a_i为第i个组成谐波的幅值，为(0,2π)之间的随机值，表示随机的初始相位

将区间等分成M段，每一段的增量为Δω_i＝ω_i-ω_i-1，将区间内的M个线性波叠加起来得到模拟的海浪运动波形；

基于上述方法建立平台升沉运动预测模型，所述平台升沉运动预测模型通过如下方法预测平台升沉运动。

6.根据权利要求5所述的应用于主动绞车升沉补偿的预测控制方法，其特征在于所述平台升沉运动预测模型通过如下方法进行预测：

通过小波分解算法对获取的海洋钻机升沉运动数据进行处理，得到海洋钻机升沉运动数据在一定分解尺度下的低频序列和高频序列；

构建并训练各序列LSTM预测模型，通过所述各序列LSTM预测模型对分解得到的各序列数据进行特征学习；

对于各序列的LSTM预测模型输出的预测结果，通过小波重构算法进行合并，得到平台升沉运动的预测结果。