随着生产领域的逐渐拓宽与能源需求的持续增大，各国纷纷着眼于对海洋油气资源的开发。作为连接海下石油井与海面浮体平台的装置，柔性立管在油气集输环节中承担着至关重要的作用，同时立管也是此环节中最易受损的部件。在海洋这一特殊环境中，由于受到各种载荷影响，立管将不可避免地发生振动，从而导致其疲劳损坏，这将对油气集输环节的正常运行造成一定的影响，轻则带来开发效率的下降，重则引发油气泄漏，致使环境遭受重大污染。因此，立管系统的振动控制已成为海洋油气开发过程中一个亟待解决的问题。
　　柔性立管系统因其较大的长径比通常被简化为典型的欧拉伯努利梁模型，其动力学特性由无限维偏微分方程和有限维常微分方程共同表示。本文以柔性立管为研究对象，针对系统中存在未知环境扰动、未知参数、不可测量状态、反向间隙输入约束以及输出约束等多种情况，直接面向其无穷维特征，将有限维反步技术、自适应技术、鲁棒控制策略、高增益观测器、观测器反步技术、障碍Lyapunov函数、扰动观测器、符号函数与边界控制方法相结合对立管系统的振动控制进行深入研究。主要内容如下：
　　1.讨论具有未知参数且受未知环境扰动影响的柔性立管系统振动控制问题。基于立管系统的偏微分-常微分方程模型，将有限维反步技术、鲁棒自适应控制与边界控制方法相结合，在立管顶端处设计控制器以减小整个系统的振动位移。同时，设计参数自适应律对不确定参数进行补偿，引入扰动自适应律，通过对作用于海面生产船舰的未知扰动上界进行估计减弱其对于系统性能的影响。随后通过数学推导对闭环立管系统的稳定性进行理论证明。最后基于Matlab平台进行数值仿真对控制器的有效性进行验证。
　　2.研究柔性立管系统的输出反馈控制问题。在对立管系统进行控制器设计时，同时考虑实际工程中存在的传感器测量噪声以及通过后向差分方法获取不可测状态量过程中伴随的噪声放大问题。应用观测器反步技术对系统中无法被精确获取的反馈状态量进行重构，引入高增益观测器对控制器中出现的不可测量状态进行估计，在此基础上结合边界控制方法设计一个带有扰动观测器的输出反馈边界控制算法。随后应用Lyapunov直接法证明闭环系统的一致有界稳定性。最后应用有限差分方法对所设计的输出反馈边界控制算法进行数值仿真验证其有效性。
　　3.考虑柔性立管系统在环境载荷作用下的振动控制与输出约束问题。结合边界控制方法、Lyapunov直接法、有限维反步技术与障碍Lyapunov函数，设计一个基于障碍Lyapunov函数的边界控制律。该控制律不仅能够抑制立管振动，也能确保系统输出满足所给的约束条件。另外，构造一个带有障碍项的扰动观测器，在保证边界扰动被有效处理的前提下避免符号函数所引发的震颤现象。随后应用Lyapunov理论分析闭环立管系统的稳定性。最后仿真结果表明所设计边界控制律的有效性。
　　4.出于对执行设备机械结构以及生产安全的考虑，研究立管系统在参数未知、干扰未知、反向间隙输入约束和输出约束多重不确定因素及限制条件下的控制设计问题。将输入反向间隙分解为一个期望控制输入与一个有界的非线性误差，并将此非线性误差与未知时变扰动相结合共同定义一个新的类扰动项，在此基础上将障碍Lyapunov函数、Lyapunov直接法、自适应技术与边界控制方法相结合，提出一个基于障碍Lyapunov函数的自适应边界控制方案,同时设计扰动自适应律对类扰动项的界值进行估计。随后对闭环立管系统状态量的一致有界性进行证明。最后仿真结果表明所设计的控制方案能够有效减小立管的振动位移并同时处理系统的输入输出约束问题。