本发明公开了一种基于模糊PID算法的钻井平台升降控制方法，解决了传统PID控制难以在线实时调节控制参数，易造成控制过程较大波动的弊端，其技术方案要点是包括有以下步骤：钻井平台安装的倾角传感器实时检测并输出实际倾角，获得实际倾角与预设的最大倾角之间的倾角偏差及偏差率；模糊控制器根据反馈的倾角偏差及偏差率确定全新控制参数；将全新控制参数输入PID控制器，生成升降控制系统的控制信号；升降控制系统接收控制信号以控制驱动电机进行钻井平台的实时升降调整，本发明是一种基于模糊PID算法的钻井平台升降控制方法，实现升降控制过程中PID控制参数的动态调节，从而达到稳定控制的目的。
1.一种基于模糊PID算法的钻井平台升降控制方法，其特征是，包括有以下步骤：在钻井平台安装倾角传感器实时进行倾角检测并输出当前时刻的实际倾角，比较获得当前时刻的实际倾角与预设的最大倾角之间的倾角偏差及偏差率；
模糊控制器根据反馈的倾角偏差及偏差率确定全新控制参数；
PID控制器根据全新控制参数输出控制钻井平台升降的控制信号；
升降控制系统接收控制信号以控制驱动电机进行钻井平台的实时升降调整。
2.根据权利要求1所述的基于模糊PID算法的钻井平台升降控制方法，其特征是，PID控制具体如下：通过PID算法公式进行计算获得输出的控制信号，其中：Uk为电压形式输出的控制信号；Kp，Ki，Kd为全新控制参数；k为安装的倾角传感器的数量；ek为倾角偏差；eck为偏差率；
3.根据权利要求2所述的基于模糊PID算法的钻井平台升降控制方法，其特征是，模糊控制器的处理为：对反馈的倾角偏差及偏差率进行归一化处理；
根据归一化处理的倾角偏差及偏差率确定用于输出的全新控制参数；
输入的倾角偏差与偏差率、输出的全新控制参数的论域范围为(-1,1)。
4.根据权利要求3所述的基于模糊PID算法的钻井平台升降控制方法，其特征是，模糊控制器对全新控制参数的选取具体为：对倾角偏差、偏差率根据数值设定有用于比较的适中偏差值及适中偏差率；
控制参数根据设定的中间参考段划分为：大于中间参考段的大值区间、位于中间参考段的中间值区间、小于中间参考段的小值区间；
根据反馈的倾角偏差及偏差率对控制参数进行调整选取，将倾角偏差与设定的适中偏差值进行比较，将偏差率与设定的适中偏差率进行比较，当反馈的倾角偏差大于适中偏差值时，于大值区间内选取全新控制参数的Kp并于小值区间内选取Ki；
当反馈的倾角偏差符合适中偏差值时，于小值区间内选取全新控制参数的Kp并于中间值区间内选取Ki；
当反馈的倾角偏差小于适中偏差值时，于大值区间内选取全新控制参数的Kp及Ki；
当反馈的偏差率大于适中偏差率时，于小值区间内选取全新控制参数的Kd；反之，于中间值区间内选取全新控制参数的Kd。
一种基于模糊PID算法的钻井平台升降控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及海洋工程领域，特别涉及一种基于模糊PID算法的钻井平台升降控制方法。
背景技术
[0002] 大型钻井平台的安装通常采用浮托安装方法，安装过程中需要对平台进行升降操作。由于海上环境恶劣，不稳定因素和外部干扰较多，因此需要重点关注升降控制系统的可靠性与安全性，实现平台升降装置的科学使用。传统PID控制方法的效果很大程度上取决于其控制参数Kp，Ki，Kd的选择，对于复杂多变的外部环境，很难在线实时调节PID控制参数，从而导致控制过程中出现较大的波动。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种基于模糊PID算法的钻井平台升降控制方法，实现升降控制过程中PID控制参数的动态调节，从而达到稳定控制的目的。
[0004] 本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0005] 一种基于模糊PID算法的钻井平台升降控制方法，包括有以下步骤：
[0006] 在钻井平台安装倾角传感器实时进行倾角检测并输出当前时刻的实际倾角，比较获得当前时刻的实际倾角与预设的最大倾角之间的倾角偏差及偏差率；
[0007] 模糊控制器根据反馈的倾角偏差及偏差率确定全新控制参数；
[0008] PID控制器根据全新控制参数输出控制钻井平台升降的控制信号；
[0009] 升降控制系统接收控制信号以控制驱动电机进行钻井平台的实时升降调整。
[0010] 作为优选，PID控制具体如下：
[0011] 通过PID算法公式进行计算获得输出的控制信号，
[0012]
[0013] 其中：Uk为电压形式输出的控制信号；Kp，Ki，Kd为全新控制参数；k为安装的倾角传感器的数量；ek为倾角偏差；eck为偏差率；
[0014] ek＝|θk-θmax|，
[0015]
[0016] θk为实际倾角，θmax为预设的最大倾角。
[0017] 作为优选，模糊控制器的处理为：
[0018] 对反馈的倾角偏差及偏差率进行归一化处理；
[0019] 根据归一化处理的倾角偏差及偏差率确定用于输出的全新控制参数；
[0020] 输入的倾角偏差与偏差率、输出的全新控制参数的论域范围为(-1,1)。
[0021] 作为优选，模糊控制器对全新控制参数的选取具体为：
[0022] 对倾角偏差、偏差率根据数值设定有用于比较的适中偏差值及适中偏差率；
[0023] 控制参数根据设定的中间参考段划分为：大于中间参考段的大值区间、位于中间参考段的中间值区间、小于中间参考段的小值区间；
[0024] 根据反馈的倾角偏差及偏差率对控制参数进行调整选取，将倾角偏差与设定的适中偏差值进行比较，将偏差率与设定的适中偏差率进行比较，
[0025] 当反馈的倾角偏差大于适中偏差值时，于大值区间内选取全新控制参数的Kp并于小值区间内选取Ki；
[0026] 当反馈的倾角偏差符合适中偏差值时，于小值区间内选取全新控制参数的Kp并于中间值区间内选取Ki；
[0027] 当反馈的倾角偏差小于适中偏差值时，于大值区间内选取全新控制参数的Kp及Ki；
[0028] 当反馈的偏差率大于适中偏差率时，于小值区间内选取全新控制参数的Kd；反之，于中间值区间内选取全新控制参数的Kd。
[0029] 综上所述，本发明具有以下有益效果：
[0030] 通过倾角传感器实时对钻井平台进行检测，并实时反馈倾角结合模糊控制进行PID控制参数的动态控制，进而对钻井平台升降的实时调控，减少钻井平台升降控制系统在复杂海况下的不稳定现象，提高其抗干扰能力，提高钻井平台升降系统的安全性和可靠性。
附图说明
[0031] 图1为本方法的示意流程图。
具体实施方式
[0032] 以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0033] 根据一个或多个实施例，公开了一种基于模糊PID算法的钻井平台升降控制方法，如图1所示，步骤如下：
[0034] 通过安装在钻井平台倾角传感器实时进行倾角检测并输出当前时刻的实际倾角，比较获得当前时刻的实际倾角与预设的最大倾角之间的倾角偏差及偏差率；
[0035] 模糊控制器根据反馈的倾角偏差及偏差率确定全新控制参数；
[0036] PID控制器根据全新控制参数输出控制钻井平台升降的控制信号；
[0037] 升降控制系统接收控制信号以控制驱动电机进行钻井平台的实时升降调整。
[0038] 初始PID控制参数基于试凑法整定确定，PID控制算法公式如下：
[0039]
[0040] 其中：Uk为电压形式输出的控制信号；Kp，Ki，Kd为全新控制参数；k为安装的倾角传感器的数量；ek为倾角偏差；eck为偏差率；
[0041] ek＝|θk-θmax|，
[0042]
[0043] θk为实际倾角，θmax为预设的最大倾角。
[0044] PID控制器是一种线性控制器，它根据输入值与输出值的偏差，将偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量，从而对受控对象进行控制。式中的Kp为比例系数、Ki为积分系数、Kd为微分系数。
[0045] 将反馈的倾角偏差及偏差率作为模糊控制器的输入，对输入的倾角偏差ek，偏差率eck做归一化处理，模糊控制输入的倾角偏差ek，偏差率eck和输出的全新控制参数Kp，Ki，Kd，5个参数的论域范围设定为(-1,1)。
[0046] 模糊控制器对全新控制参数的选取具体为：
[0047] 对倾角偏差、偏差率根据数值设定有用于比较的适中偏差值及适中偏差率；
[0048] 控制参数根据设定的中间参考段划分为：大于中间参考段的大值区间、位于中间参考段的中间值区间、小于中间参考段的小值区间；
[0049] 根据反馈的倾角偏差及偏差率对控制参数进行调整选取，将倾角偏差与设定的适中偏差值进行比较，将偏差率与设定的适中偏差率进行比较，
[0050] 当反馈的倾角偏差大于适中偏差值时，于大值区间内选取全新控制参数的Kp并于小值区间内选取Ki；
[0051] 当反馈的倾角偏差符合适中偏差值时，于小值区间内选取全新控制参数的Kp并于中间值区间内选取Ki；
[0052] 当反馈的倾角偏差小于适中偏差值时，于大值区间内选取全新控制参数的Kp及Ki；
[0053] 当反馈的偏差率大于适中偏差率时，于小值区间内选取全新控制参数的Kd；反之，于中间值区间内选取全新控制参数的Kd。
[0054] 具体的模糊控制的选取规则如下表所示，根据设定的适中偏差值及适中偏差率进行具体分段，将控制参数设定的大值区间、小值区间及中间值区间，结合论域范围，设置成负大、负中、负小、零、正小、正中、正大，此处可定义(-1，-0.8]为负大，(-0.8,-0.5]为负中，(-0.5,-0.2]为负小，(-0.2,0.2]为零，(0.2,0.5]为正小，(0.5,0.8]为正中，(0.8,1]为正大，表格中NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB分别表示负大、负中、负小、零、正小、正中、正大。表格的首行代表偏差率eck对应的值，首列表示倾角偏差ek对应的值，表格中为对应不同取值的倾角偏差ek及偏差率eck的控制参数Kp，Ki，Kd的取值,在表格中以K代替表示。实际工程应用中，对于模糊控制器的设计，可以根据实际情况更改论域范围和划分方式，划分方式可为均匀量化或非均匀量化的划分。同时，模糊控制器输入量与输出量之间的对应关系也需要根据实际工程问题进行调整。
[0055]
[0056] 本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
