船舶裝卸作業(yè)時(shí)動(dòng)力定位控制方法研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人口逐漸膨脹,污染問題日益突出,人類對(duì)能源和資源的需求越來越大。不可再生的陸地資源逐漸減少,促使人類將他們對(duì)資源的需求轉(zhuǎn)向海洋。因?yàn)楹５状罅康氖秃吞烊粴獾壬形撮_采的資源,海洋資源開發(fā)具有極大的潛力。同時(shí)世界各個(gè)國(guó)家為提升自己的國(guó)民經(jīng)濟(jì),日益重視海洋資源的開發(fā),甚至開始激烈爭(zhēng)奪。21世紀(jì)以來,海洋已經(jīng)逐步成為全球石油的主要來源。近年來,由于世界油價(jià)逐漸攀升,各個(gè)國(guó)家逐漸加大了對(duì)海洋油氣資源的開發(fā)利用,而且已經(jīng)達(dá)到

2、了前所未有的熱度。
　　起重船是完成海洋工程中船舶裝卸過程的主要工具。裝卸作業(yè)時(shí),起重船受重物影響產(chǎn)生大角度的橫傾和縱傾,直接導(dǎo)致起重操作的復(fù)雜性增大,威脅船上工作人員安全。良好的動(dòng)力定位控制系統(tǒng)能夠提高定位精度,保證起重船作業(yè)時(shí)船舶的平穩(wěn)性和安全性,提高作業(yè)效率。
　　本文以“海洋石油201”深水鋪管起重船為研究對(duì)象,建立了起重船四自由度模型,包括水平面三自由度數(shù)學(xué)模型和橫傾數(shù)學(xué)模型,同時(shí)為了研究裝卸過程中起重船的橫傾表現(xiàn)

3、,建立了壓載水艙模型。本文將起重船裝卸作業(yè)分為三個(gè)過程,分別為起重船從固定平臺(tái)起吊負(fù)載、起重船負(fù)載旋轉(zhuǎn)和下放負(fù)載至另一固定平臺(tái)。針對(duì)裝卸作業(yè)的特點(diǎn)首先對(duì)整個(gè)裝卸作業(yè)過程的船舶橫傾表現(xiàn)進(jìn)行了仿真,得到作業(yè)期間壓載水的變化。分析了整個(gè)裝卸作業(yè)過程中由于重物和壓載水導(dǎo)致的船體重心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的變化,考慮了因?yàn)榇w橫傾而導(dǎo)致的推進(jìn)器輸出減額并且考慮了海洋環(huán)境中風(fēng)力和海浪對(duì)重物的影響。
　　本文首先基于線性二次型最優(yōu)控制理論,將船舶水平面三自

4、由度模型轉(zhuǎn)化成適用于狀態(tài)調(diào)節(jié)問題的線性低頻狀態(tài)空間模型,設(shè)計(jì)了起重船裝卸過程最優(yōu)控制器,然后選取了一組加權(quán)矩陣,得到裝卸過程中船體會(huì)發(fā)生一定的偏移。增大裝卸過程中加權(quán)矩陣的誤差權(quán)值后,船體偏移量減小,符合控制的要求。
　　變結(jié)構(gòu)控制主要針對(duì)系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)不確定性,使系統(tǒng)按照一定的“滑動(dòng)模態(tài)”的狀態(tài)軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。根據(jù)其這一特性,在控制過程中引入了滑模項(xiàng),設(shè)計(jì)了魯棒反演滑模控制器。在控制器設(shè)計(jì)過程中,為保證輸出作用力在推進(jìn)器限制之內(nèi),本