系泊狀態(tài)下船舶動力定位控制研究.pdf

1、人類對資源的需求越來越大，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。對于在海上長時間作業(yè)的船舶或平臺來說，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現(xiàn)定位，這些是技術(shù)研究中的一個難點。本文以內(nèi)轉(zhuǎn)塔式浮式生產(chǎn)儲油卸油船(Floating Production, Storage and Offloading Unit，F(xiàn)PSO)為研究對象，對內(nèi)轉(zhuǎn)塔式單點系泊的FPSO動力

2、定位技術(shù)進行了研究。
　　首先，建立了FPSO船體運動學和動力學數(shù)學模型，以及海洋環(huán)境干擾數(shù)學模型。在建模之前，建立了北東坐標系和船體坐標系，根據(jù)運動學和動力學原理，研究建立了船舶運動數(shù)學模型，對模型的水動力參數(shù)采用經(jīng)驗及半經(jīng)驗公式方法進行估算。通過直航和回轉(zhuǎn)實驗驗證了所建立的FPSO數(shù)學模型符合船舶運動基本特性。同時，詳細介紹了風、浪、流等海洋環(huán)境干擾模型的建立過程，并給出了相關(guān)仿真驗證結(jié)果。
　　其次，對內(nèi)轉(zhuǎn)塔式FPSO

3、單點系泊系統(tǒng)進行了受力分析研究，建立了系泊系統(tǒng)靜力學模型。運用集中質(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)學模型。最終建立起內(nèi)轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)的數(shù)學模型。在不同海況下對內(nèi)轉(zhuǎn)塔式FPSO系泊定位過程進行了仿真實驗，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)可靠性的系泊動力定位控制方法。首先設計了無跡卡爾曼濾波器，濾掉高頻波浪和量測噪聲的干擾

4、?？紤]纜線材料的斷裂強度，在控制器設計過程中引入了結(jié)構(gòu)可靠性因子，分別設計了基于結(jié)構(gòu)可靠性的PID控制器和狀態(tài)反饋反步控制器，最后對兩種基于結(jié)構(gòu)可靠性控制器的性能進行了仿真實驗，并與普通PID控制器的實驗結(jié)果進行對比，驗證了前者既能有效減少FPSO系泊纜的張力，保證系泊纜安全，實現(xiàn)定位，同時又能節(jié)約推進器燃料消耗。
　　綜上所述，本文在對內(nèi)轉(zhuǎn)塔式系泊FPSO建模的基礎上，針對深海系泊定位的FPSO長期海上作業(yè)存在的高能耗問題和惡劣