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S形铺管船张紧器仿真平台构建及恒张力数学模型研究
| 论文题名： | S形铺管船张紧器仿真平台构建及恒张力数学模型研究 |
| 关键词： | S形铺管船;张紧器;半物理仿真;虚拟仪器;恒张力控制 |
| 摘要： | 海底管道是深水油气田开发工程建设的重要组成部分，其铺设作业工艺过程复杂、环境恶劣、同时对操作人员的要求更高。因此，开展深水铺管仿真作业模拟系统的研究具有重要的工程价值。张紧器作为海底管道铺设的重要设备，其动态行为对管道铺设有着直接的影响，因而张紧器的实际操作训练也是铺管仿真作业模拟系统的核心部分。本文以铺管起重船“海洋石油201”张紧器为研究对象，基于张紧器物理学特性，利用半物理仿真、虚拟仪器技术构建一套张紧器仿真系统，达到培训张紧器操作员、降低实船操作训练风险、提高铺管作业安全性及作业效率的目的。主要研究任务如下： （1）基于张紧器的工作原理及仿真平台功能需求，确定了仿真平台的总体设计方案，完成了张紧器控制台的设计及构建。应用虚拟仪器技术，完成了对张紧器控制台控制指令及角位移传感器模拟信号的采集。在此基础上，结合张紧器工艺流程完成仿真平台的软件开发研究，实现了人机交互界面的设计、仿真数据的平滑处理、显示与存储。针对铺管主系统实时性要求，采用UDP通信技术实现仿真平台与铺管仿真模拟系统间数据的实时传递。最终达到对张紧器工作及操作过程的动态模拟。 （2）针对实船张紧器恒张力控制的特点，采用力、速度双闭环恒张力控制方法，并进行基于变频电机驱动的恒张力控制研究。根据S形铺管特点，利用自然悬链线法建立了目标张力计算模型；根据电机学相关理论及张紧器的物理学特性分别建立了变频-异步交流电机模型、履带系统模型。在此基础上，进行基于Matlab/Simulink下的恒张力控制仿真试验，通过工程实测数据分析特定水深下管道的动态响应，并对仿真模型进行进一步修正。 （3）结合铺管仿真作业各个系统，进行铺管仿真作业的联调测试，张紧器仿真平台运行稳定，视景画面显示流畅，实时通信快速准确。针对铺管作业具体案例及实船数据进行不同海况下的铺管仿真作业，验证了仿真平台总体设计方案的可行性及恒张力系统的实际控制效果。实验结果表明仿真平台能较真实地模拟实船张紧器工作环境及工作特性，满足仿真培训的实际需求。 |
| 作者： | 李琳杰 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 侯恕萍;朱晓环 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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