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半潜式钻井平台建模及动力定位控制方法研究
| 论文题名： | 半潜式钻井平台建模及动力定位控制方法研究 |
| 关键词： | 半潜式钻井平台;动力定位;最优控制器;卡尔曼滤波器;人工蜂群算法 |
| 摘要： | 随着海洋工程的迅速崛起，油气开采越来越趋向于深海领域，半潜式钻井平台具有适应水深，钻井深，抗干扰能力强等优点，伴随我国深海战略的发展，对钻井平台定位系统的经济性以及定位能力的要求也不断地提高。在海深达1000米左右的时候，通常采用的系泊系统由于其建设工程周期长、定位精度不足等因素已经远不能胜任深海领域定位工作的需求，而动力定位系统具有机动灵活，适应能力强且不受水深限制等诸多优点被普遍应用于深海作业钻井平台和船舶。对于拥有广阔的海洋资源但受制于技术限制的我国，加强研发利用动力定位系统对海洋资源进行开采和勘探显得至关重要，本文研究对象为南海某一深海半潜式钻井平台，对其进行水动力分析建模及动力定位控制方法的研究。 对半潜式钻井平台进行动力定位控制应先对它创建准确的数学模型，本文运用基于势流理论的水动力分析软件AQWA，用三维频域格林函数法计算出钻井平台的频域附加质量、辐射阻尼以及幅值响应算子。对频域的计算结果进行间接时域法转换得到时域结果，应用该结果建立钻井平台的时域三自由度运动的数学模型，加入环境干扰，然后将该模型进行动力定位控制方法研究。 为了消除由环境扰动力而导致的钻井平台位置和艏向角偏移，本文的动力定位系统采用线性二次型最优控制器。采用卡尔曼滤波器对高频干扰进行滤除，并分别采用遗传算法和改进的人工蜂群算法对线性二次型最优控制器的加权矩阵进行优化。 本文主要完成了以下几部分内容：先是从运动和动力学的角度建立钻井平台动力定位系统的三自由度数学模型，利用AQWA求解然后转换得到的钻井平台水动力系数，建立得到了相应的运动矢量模型；然后根据所建线性简化模型采用线性二次型最优控制器对平台进行动力定位控制；并对环境干扰进行卡尔曼滤波，分别在有无环境扰动的情况下对钻井平台进行动力定位仿真，分别设计遗传算法和改进的人工蜂群算法对LQR进行参数寻优，最后将遗传算法优化后线性二次型最优控制器的控制效果与改进的人工蜂群算法的控制器效果进行对比分析，验证所设计控制器的优化性能。简单来说，本文主要工作就是完成对钻井平台建模及动力定位控制方法的相关探究，重点集中于线性二次型最优控制方法在动力定位系统中的应用。 |
| 作者： | 申双荣 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 夏国清 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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