系泊狀態(tài)下船舶動(dòng)力定位控制研究.pdf

1、人類對(duì)資源的需求越來(lái)越大，海洋資源開發(fā)技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)在研究的熱門領(lǐng)域。對(duì)于在海上長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)的船舶或平臺(tái)來(lái)說(shuō)，在中等海況下，如何在深海安全作業(yè)，既保證系泊纜安全又能節(jié)約燃料消耗；在惡劣的海洋環(huán)境中，如何保證系泊纜安全又實(shí)現(xiàn)定位，這些是技術(shù)研究中的一個(gè)難點(diǎn)。本文以內(nèi)轉(zhuǎn)塔式浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油卸油船(Floating Production, Storage and Offloading Unit，F(xiàn)PSO)為研究對(duì)象，對(duì)內(nèi)轉(zhuǎn)塔式單點(diǎn)系泊的FPSO動(dòng)力

2、定位技術(shù)進(jìn)行了研究。
　　首先，建立了FPSO船體運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型，以及海洋環(huán)境干擾數(shù)學(xué)模型。在建模之前，建立了北東坐標(biāo)系和船體坐標(biāo)系，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)原理，研究建立了船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，對(duì)模型的水動(dòng)力參數(shù)采用經(jīng)驗(yàn)及半經(jīng)驗(yàn)公式方法進(jìn)行估算。通過直航和回轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所建立的FPSO數(shù)學(xué)模型符合船舶運(yùn)動(dòng)基本特性。同時(shí)，詳細(xì)介紹了風(fēng)、浪、流等海洋環(huán)境干擾模型的建立過程，并給出了相關(guān)仿真驗(yàn)證結(jié)果。
　　其次，對(duì)內(nèi)轉(zhuǎn)塔式FPSO

3、單點(diǎn)系泊系統(tǒng)進(jìn)行了受力分析研究，建立了系泊系統(tǒng)靜力學(xué)模型。運(yùn)用集中質(zhì)量法、有限元法和懸鏈線法分析了系泊纜的受力情況，然后基于懸鏈線公式建立了系泊纜線的數(shù)學(xué)模型。最終建立起內(nèi)轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。在不同海況下對(duì)內(nèi)轉(zhuǎn)塔式FPSO系泊定位過程進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，并分別給出相關(guān)結(jié)果和結(jié)論。
　　最后，考慮燃料消耗和惡劣海況下FPSO作業(yè)安全，提出了基于結(jié)構(gòu)可靠性的系泊動(dòng)力定位控制方法。首先設(shè)計(jì)了無(wú)跡卡爾曼濾波器，濾掉高頻波浪和量測(cè)噪聲的干擾

4、。考慮纜線材料的斷裂強(qiáng)度，在控制器設(shè)計(jì)過程中引入了結(jié)構(gòu)可靠性因子，分別設(shè)計(jì)了基于結(jié)構(gòu)可靠性的PID控制器和狀態(tài)反饋反步控制器，最后對(duì)兩種基于結(jié)構(gòu)可靠性控制器的性能進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，并與普通PID控制器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了前者既能有效減少FPSO系泊纜的張力，保證系泊纜安全，實(shí)現(xiàn)定位，同時(shí)又能節(jié)約推進(jìn)器燃料消耗。
　　綜上所述，本文在對(duì)內(nèi)轉(zhuǎn)塔式系泊FPSO建模的基礎(chǔ)上，針對(duì)深海系泊定位的FPSO長(zhǎng)期海上作業(yè)存在的高能耗問題和惡劣