深水半潛式鉆井平臺(tái)動(dòng)力定位控制系統(tǒng)研究.pdf

1、在不斷變化的世界格局下,保衛(wèi)藍(lán)色國土,提升海洋油氣資源的勘探和開采力度、加快深水海工裝備的自主研發(fā)進(jìn)程,是提升我國國際地位的戰(zhàn)略需求,也是我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的客觀要求。半潛式平臺(tái)作為深海油氣開采的主力軍,實(shí)現(xiàn)其定位的可靠性、準(zhǔn)確性、經(jīng)濟(jì)性、對于海上油氣開發(fā)意義深遠(yuǎn)。對于深水作業(yè)的半潛式平臺(tái),其作業(yè)環(huán)境相對復(fù)雜,對定位的要求更高,因而先進(jìn)的動(dòng)力定位技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。作為動(dòng)力定位系統(tǒng)的核心,控制系統(tǒng)性能的好壞將直接關(guān)系到動(dòng)力定位的半潛式平臺(tái)

2、的作業(yè)狀況及精度。因此,對動(dòng)力定位控制系統(tǒng)開展研究具有十分重要的意義。
　　本文以某型半潛式平臺(tái)為研究對象,通過理論結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)的方式,圍繞其動(dòng)力定位控制系統(tǒng)展開方面的研究。首先,根據(jù)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)態(tài)特性,建立了其低頻線性數(shù)學(xué)模型,進(jìn)行了環(huán)境外載荷建模計(jì)算,并重點(diǎn)討論了波浪漂移力的計(jì)算。參照DNV船級(jí)社規(guī)范對于深水作業(yè)的要求,完成了動(dòng)力定位控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì),并對其組成、結(jié)構(gòu)層次和功能進(jìn)行了詳細(xì)的論述。在濾波器設(shè)計(jì)中,為改善基

3、于確定模型的卡爾曼濾波器的性能,引入自校正濾波對高頻運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行在線辨識(shí)以修正低頻運(yùn)動(dòng)信號(hào),設(shè)計(jì)了結(jié)合高頻運(yùn)動(dòng)自校正濾波和低頻卡爾曼濾波的綜合濾波器。在控制器的設(shè)計(jì)中,將風(fēng)前饋補(bǔ)償引入到系統(tǒng)中以抵消風(fēng)力對平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的影響,使用線性二次最優(yōu)控制方法作為控制規(guī)律,得到了一個(gè)完整的基于動(dòng)力定位系統(tǒng)模型的控制系統(tǒng)。最后,基于MATLAB仿真平臺(tái),設(shè)計(jì)了風(fēng)、浪、流不同組合的環(huán)境工況,對平臺(tái)的定點(diǎn)和定向能力進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)能夠