【技术实现步骤摘要】
本专利技术是关于一种基于自适应mpc大型结构物动态滑移装船的控制方法及系统，涉及海洋工程。
技术介绍
1、随着海洋工程中大型结构物的重量和尺寸不断增加，传统的滑移装船方法面临许多挑战。滑移装船作为一种常见的大型结构物装船方法，广泛应用于海洋平台和其他重型结构的装载。
2、然而，传统的滑移装船方法存在一些不容忽视的缺陷：其一，滑移过程中无法实时适应驳船与码头之间的高度差变化，这使得驳船与码头滑轨难以保持平齐，从而导致结构物在装载过程中可能出现不稳定甚至损坏的风险；其二，传统滑移装船通过分步滑移和压载水调节来减少驳船纵倾与横倾。然而，由于海况复杂和计算误差，码头与驳船甲板平面无法完全重合。分步压载导致装船过程不连续，增加了操作复杂性和时间成本。
3、综上，目前的研究多集中于改进滑靴系统，忽视了对驳船姿态的动态调节需求，难以有效解决分步压载带来的问题，导致装载效率低下，时间成本较高。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种能够显著提高装船的安全性、连续性和效率，减少装船时间和结构物损坏风险的基于自适应mpc大型结构物动态滑移装船的控制方法及系统。
2、第一方面，本专利技术提供一种基于自适应mpc大型结构物动态滑移装船的控制系统，该系统包括传感器模块、计算机系统和中央控制器，所述传感器模块包括压力传感器、全站仪、液位传感器和倾角仪；所述压力传感器设置在液压滑靴上端与海洋油气平台
3、一个可能的优选实施例中，所述计算机系统包括mpc模块和自适应控制模块；
4、所述mpc模块基于所述传感器模块采集的数据以及外部收集数据建立动态系统模型，并通过卡尔曼滤波器实时调整系统模型的参数实时生成控制策略，包括压载水调节量和滑靴高度调整量；
5、所述自适应控制模块实时监测系统的姿态误差和外部扰动，并动态调整所述mpc模块的权重矩阵使得所述mpc模块生成更新后的最优控制策略。
6、一个可能的优选实施例中，所述中央控制器包括压载水调节模块和液压滑靴模块；
7、所述压载水调节模块，用于根据所述mpc模块生成的压载水调节量，向压载水泵和阀门控制单元发送调节指令，通过控制压载水泵的启动/停止和阀门的开/关，调节各压载舱的水量分布；
8、所述液压滑靴模块，用于根据所述mpc模块生成的滑靴高度调整量，向液压滑靴的液压缸和电磁阀发送指令，控制液压滑靴的伸缩。
9、第二方面，本专利技术还提供一种基于自适应mpc大型结构物动态滑移装船的控制系统的控制方法，包括：
10、压力传感器、全站仪、液位传感器和倾角仪将采集的数据发送计算机系统；
11、在装船前收集外部数据发送到计算机系统，其中，外部数据包括结构物几何特性数据和材料特性数据；
12、计算机系统根据传感器模块采集的数据，结合结构物的几何特性和材料特性数据进行预装船模式的数据初始化；
13、当大型结构物接近驳船时，进入正装船模式，计算机系统根据采集的传感器数据以及收集的外部数据实时生成最优控制策略；
14、中央控制器根据生成的最优控制策略实时调整压载水量和滑靴高度，使得平台模块完全滑移到驳船上。
15、一个可能的优选实施例中，计算机系统根据传感器模块采集的数据，结合结构物的几何特性和材料特性数据进行预装船模式的数据初始化，包括：
16、压载舱初始化：当大型结构物开始滑移至驳船时，计算机系统根据装船方案设定每个压载舱的初始水量wi0，中央控制器中的压载水调节模块通过控制压载水泵，逐一向每个压载舱注入精确计算出的水量，确保每个压载舱达到初始设定的水量，使船舶甲板与码头滑道平齐，以维持驳船的初始平衡状态；此时，压力传感器和全站仪持续监控并反馈数据，确保滑道的平稳连接；
17、滑靴高度设置：中央控制器的液压滑靴模块则根据计算机系统的指令使得大型结构物的多个支撑点下的液压缸将结构物顶升至指定高度hinitial，每个滑靴的液压缸通过电磁阀控制油压的增减，从而实现精确的高度调节，此时，全站仪实时测量该高度，并将其作为理想高度进行位置补偿。
18、一个可能的优选实施例中，当大型结构物接近驳船时，进入正装船模式，计算机系统根据采集的传感器数据以及收集的外部数据实时生成最优控制策略，包括：
19、计算机系统中的mpc模块根据采集的传感器数据以及收集的外部数据进行动态建，实时生成控制策略模块，包括压载水调节量和滑靴高度调整量。
20、一个可能的优选实施例中，计算机系统中的mpc模块根据采集的传感器数据以及收集的外部数据进行动态建，实时生成控制策略模块，具体过程为：
21、mpc模块建立如下的动态系统模型：
22、x(t+1)＝αx(t)+bu(t)+cd(t)
23、其中：x(t)表示系统状态向量，包括横倾角度θx(t)、纵倾角度θy(t)，u(t)为控制输入向量，包括压载水调节量δw(t)和滑靴高度调整量δh(t)，d(t)表示外部扰动，a、b、c为系统的状态转移矩阵；
24、卡尔曼滤波器实时调整动态系统模型的参数a、b、c确保其反映当前的实际工况；
25、自适应控制模块负责实时调整mpc优化问题中的权重矩阵q和r，使用最小二乘法来估计这些权重矩阵的变化情况，通过优化权重矩阵q和r，最小化未来状态与期望状态之间的偏差，以及控制输入的幅度；
26、在调整q、r后，自适应控制模块会将新的权重值应用到mpc优化问题中，生成更新后的控制策略u(t)；
27、基于新生成的控制策略，计算得到的最优控制策略u(t)包括压载水调节量δw(t)和滑靴高度调整量δh(t)。
28、一个可能的优选实施例中，卡尔曼滤波器实时调整动态系统模型的参数a、b、c确保其反映当前的实际工况，采用卡尔曼滤波器(kalman filter)进行在线参数估计，具体过程为：
29、∧
30、预测当前时刻的状态向量x(t+1|t)和协方差矩阵p(t+1|t)；
31、使用当前测量值更新预测状态，并调整状态转移矩阵；
32、mpc模块基于上述系统模型预测未来n个时间步长内的系统行为；
33、mpc模块通过求解以下优化问题生成最优的控制策略：
34、
35、约束条件：
36、um本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于自适应MPC大型结构物动态滑移装船的控制系统，其特征在于，该系统包括传感器模块、计算机系统和中央控制器，所述传感器模块包括压力传感器、全站仪、液位传感器和倾角仪；
2.根据权利要求1所述的基于自适应MPC大型结构物动态滑移装船的控制系统，其特征在于，所述计算机系统包括MPC模块和自适应控制模块；
3.根据权利要求2所述的基于自适应MPC大型结构物动态滑移装船的控制系统，其特征在于，所述中央控制器包括压载水调节模块和液压滑靴模块；
4.一种基于权利要求1～3任一项所述的基于自适应MPC大型结构物动态滑移装船的控制系统的控制方法，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，计算机系统根据传感器模块采集的数据，结合结构物的几何特性和材料特性数据进行预装船模式的数据初始化，包括：
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，当大型结构物接近驳船时，进入正装船模式，计算机系统根据采集的传感器数据以及收集的外部数据实时生成最优控制策略，包括：
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在
8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，卡尔曼滤波器实时调整动态系统模型的参数A、B、C确保其反映当前的实际工况，采用卡尔曼滤波器(Kalman Filter)进行在线参数估计，具体过程为：
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，中央控制器根据生成的最优控制策略实时调整压载水量，包括：
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，中央控制器根据生成的最优控制策略实时调整滑靴高度，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于自适应mpc大型结构物动态滑移装船的控制系统，其特征在于，该系统包括传感器模块、计算机系统和中央控制器，所述传感器模块包括压力传感器、全站仪、液位传感器和倾角仪；
2.根据权利要求1所述的基于自适应mpc大型结构物动态滑移装船的控制系统，其特征在于，所述计算机系统包括mpc模块和自适应控制模块；
3.根据权利要求2所述的基于自适应mpc大型结构物动态滑移装船的控制系统，其特征在于，所述中央控制器包括压载水调节模块和液压滑靴模块；
4.一种基于权利要求1～3任一项所述的基于自适应mpc大型结构物动态滑移装船的控制系统的控制方法，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，计算机系统根据传感器模块采集的数据，结合结构物的几何特性和材料特性数据进行预装船模式的数据初始化，包括：
...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭华，杨向前，杜文杰，周超，张甫，王隽妍，刘磊，刘尚瑞，
申请(专利权)人：中海石油中国有限公司，
类型：发明
国别省市：
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