TRANG THÔNG TIN LUẬN ÁN TIẾN SĨ

CỦA NCS. NGUYỄN ANH ĐỨC

Tên đề tài luận án tiến sĩ: Điều khiển tích cực dao động của hệ thống ống dẫn dầu khí trong khai thác dầu biển

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa

Mã số: 62.52.02.16

Khóa đào tạo: 2009 - 2013

Họ và tên NCS: Nguyễn Anh Đức

Họ và tên người hướng dẫn khoa học: GS. TS. Đỗ Khắc Đức

Đơn vị đào tạo: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp

Cơ sở đào tạo: Đại học Thái Nguyên.

NHỮNG KẾT QUẢ MỚI CỦA LUẬN ÁN

Luận án đã có những đóng góp mới sau:

1)    Luận án xây dựng hai bộ điều khiển bù chuyển động dọc trục của ống dẫn dầu trong lòng biển. Ngoài phương án thiết kế điều khiển sử dụng phương pháp  Lyapunov trực tiếp và phương pháp cuốn chiếu (backstepping) thích nghi, luận án đã đề xuất thêm một bộ điều khiển tối ưu bù thích nghi có khả năng kháng các thành phần nhiễu và sai lệch mô hình theo nguyên lý bù thích nghi mà không cần phải sử dụng thêm khâu quan sát nhiễu. Kết quả là giảm được rung động của ống dẫn dầu (sự rung động của ống dẫn dầu luôn nằm trong dải dao động hạn chế cố định cho trước), bất chấp sự thay đổi lên xuống do những chuyển động dọc trục của tàu khai thác gây nên bởi sự nhấp nhô của sóng biển. Các kết quả được kiểm chứng, đánh giá lại thông qua các mô phỏng trên phần mềm Matlab đã khẳng định được hiệu quả của các bộ điều khiển được đề xuất.

2)    Các chuyển động theo hai chiều dọc và ngang trục của ống dẫn dầu trong lòng biển cũng được luận án nghiên cứu. Các bộ điều khiển hạn chế dao động theo hai phương được thiết kế dựa trên việc ứng dụng phương pháp Lyapunov trực tiếp và phương pháp cuốn chiếu (backstepping). Ngoài ra, luận án đã đưa ra hướng giải quyết bài toán ổn định hệ thống khi xét tới chuyển động ngang và dọc trục vẫn có thể được tiến hành mà không cần đến giả thiết lực căng của ống dẫn luôn dương. Việc kiểm chứng lại các kết quả mô phỏng được giải quyết bằng cách áp dụng phương pháp số trên phần mềm Mathematica. Các bộ điều khiển được thiết kế cho chất lượng đáp ứng đầu ra khá tốt thông qua các thông số được đánh giá như: biên độ dịch chuyển, vận tốc và góc lệch của ống dẫn dầu. Các kết quả mô phỏng một lần nữa khẳng định tính đúng đắn, khả năng áp dụng lý thuyết vào thực tế cũng như hiệu quả của các bộ điều khiển được thiết kế trong việc chống rung và ổn định dao động cho hệ thống ống dẫn dầu trong lòng biển.

CÁC ỨNG DỤNG, KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN VÀ NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN TIẾP TỤC NGHIÊN CỨU

* Các ứng dụng và khả năng ứng dụng thực tiễn:

-    Việc kiểm soát có hiệu quả những dao động trên ống dẫn dầu và tàu khai thác có ý nghĩa quan trọng về mặt kỹ thuật, nâng cao hiệu suất làm việc, tăng hiệu quả kinh tế, giảm thiệt hại môi trường từ những ô nhiễm có thể có khi hệ thống gặp sự cố của ngành công nghiệp khai thác dầu và khí đốt xa bờ. Hơn nữa, các hệ thống cáp ngoài khơi cũng có thể trực tiếp ứng dụng những kỹ thuật điều khiển trong luận án để kiểm soát quá trình đặt cáp hay rải cáp.

-    Tạo tiền đề về mặt lý thuyết để áp dụng cho việc xử lý dao động trong công nghiệp. Trong công nghiệp, một số hệ tham số rải có thể sử dụng trực tiếp hay gián tiếp kết quả của luận án có thể được liệt kê như sau: i) cánh tay rô-bốt mềm; ii) điều khiển khử rung lắc tải trọng trong cơ cấu nâng hạ; iii) giảm dao động ngang trục trong công nghiệp giấy và cán thép; iv) xử lý dao động của chất lỏng.

-    Kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo hữu ích cho đào tạo và nghiên cứu của cán bộ, giảng viên, sinh viên khi nghiên cứu về điều khiển ổn định dao động cho hệ thống ống dẫn dầu trong lòng biển, cũng như các hệ thống có kết cấu dạng thanh mảnh và đàn hồi.

 * Vấn đề bỏ ngỏ cần tiếp tục nghiên cứu:

-    Tiếp tục nghiên cứu cho đối tượng là các ống dẫn khoan trong công nghiệp khai thác và thăm dò dầu khí.

-    Triển khai áp dụng kết quả, cài đặt các bộ điều khiển, tối ưu hóa các hệ số của bộ điều khiển và kiểm chứng qua thực nghiệm tại hiện trường.

INFORMATION OF DOCTORAL DISSERTATION

OF PH.D. CANDIDATE NGUYEN ANH DUC

Dissertation title: Active vibration control of marine risers

Specialty:  Control Engineering and Automation

Code: 62.52.02.16

Ph.D. candidate: Nguyen Anh Duc

Training course: 2009 - 2013

Scientific supervisors: Prof. Dr. Do Khac Duc

Training institution: Thai Nguyen University of Technology

THE NEW SCIENTIFIC FINDINGS

The new contributions of the dissertation are:

1)    Two different heave motion compensators are proposed. In addition to the controller based on the direct Lyapunov method combined with a disturbance observer, the adaptive optimal controller that possess disturbance rejection and infectivity to modeling uncertainties is also developed. The results clearly show vibration reduction of the marine risers in presence of heave motion induced by ocean motion. The effectiveness of the proposed controls is verified by numerical simulations.

2)    Transverse and axial motion of the marine riser are considered in the thesis. The active vibration controllers for the riser motion in two dimensions are designed based on the Lyapunov method and backstepping technique. Different from previous researches that need an assumption of positive tension of the system, the control design process is carried out without the aforementioned assumption. The closed loop system responses are numerically tested using Mathematica software. The system performances are in a defined range in term of: transverse motion, boundary defection angles and the rate of change of boundary defection angles. The simulation results confirm that the proposed control are applicable in marine riser’s vibration suppression.

APPLICATIONS, PRACTICAL APPLICABILITY AND THE NEEDS FOR FURTHER STUDIES

* Applications and applicability in practice:

-    The vibration control of marine risers plays an important role in enhancing efficiency, avoiding economic and environmental issues due to possibly failures in oil and gas exploration industry. In addition, the proposed control technique can be extended for ocean cable deployment applications.

-    The results of the thesis can be widely applied in industrial vibration control problems. Several industrial applications can list as i) flexible robot arms; ii) crane system control; iii) axial moving systems; iv) liquid transfer systems.

-    The thesis could be used as a useful technical reference for training and research of staffs, lecturers, students and scientists in a field of active vibration control of flexible systems.

 * Future works:

-    The future research of thesis includes production marine risers where torsion dynamics are considered.

-    Experiments to verify the proposed control and optimize control coefficients.

 Nguồn: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên