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DP船推进系统水动力干扰及推力分配方法研究
| 论文题名： | DP船推进系统水动力干扰及推力分配方法研究 |
| 关键词： | 起重船;推进系统;水动力干扰;推力分配 |
| 摘要： | 随着我国对深海探索和开发不断深入，海洋船舶或平台对动力定位系统的依赖性越来越高。动力定位系统中的推力分配单元按照运动控制器指令，合理的为各个推进器分配推力，以抵抗外界干扰力作用，使船舶保持在目标位置上进行海上作业。由于相邻推进器间干扰会造成一定的推力损失，导致推进系统实际输出推力与控制器指令间存在偏差，无法实现高精度的动力定位，严重时甚至导致动力定位失败，因此对推进器系统水动力干扰及推力分配方法的研究具有重要的工程价值和理论意义。 本文依托工信部高技术船舶项目——“水下工程安全作业仿真测试装备研制及关键技术研究”课题，对海洋石油286铺管起重船推进系统的水动力干扰进行数值仿真分析，对考虑推进器回转禁止角约束的推力分配方法展开了深入研究。 首先，以286铺管起重船的动力定位系统为研究对象，建立了船舶三自由度运动学、动力学模型和环境载荷模型。对船舶对环境干扰的运动响应特性进行了仿真分析，为后续推力分配方法研究奠定了基础。 然后，针对相邻推进器间干扰问题，建立了286船主推进器的三维模型，基于CFD数值模拟方法，对不同间距、不同方位角、不同进速下的螺旋桨推力损失进行了计算。分析结果表明，推进器间水动力干扰随着桨桨间距增大而减弱，达到27倍螺旋桨直径以上时可忽略不计。左侧主推进器方位角处于[70°，110°]时，右侧主推进器的推力减额最高可达75％;右侧主推进器方位角处于[250°，290°]时，左侧主推进器的推力减额最高可达75％。 最后，设定左侧主推进器方位角禁域为[70°，110°]，右侧主推进器方位角禁止域为[250°，290°]。结合推力极值条件、权值矩阵参数对SQP法进行了优化，并基于伪逆法提出了一种改进的推力分配方法。根据286船推进器的布置特点，建立了一种过驱动矢量推进系统的数学模型，并就上述推力分配方法的可行性、有效性及特点进行了仿真分析。在此基础上结合船舶运动数学模型、环境载荷模型及控制器模型构建了DPS模型，从方位角约束、推进器完整模式下复位能力及推进器故障模式下定位能力三方面入手，就改进推力分配方法在DPS中运行时的有效性及定位能力进行了仿真分析。结果表明，伪逆法时实性更高，但只能进行单目标优化，需做出改进。序列二次规划法分配结果更精确，但对初值依赖性高，需做出简化。改进推力分配方法考虑了对推进器回转禁止域和回转速率的约束，能够实时地对过驱动推进系统的推力进行分配，减少推进器损耗，保证动力定位船舶作业的安全性。 |
| 作者： | 李想 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 高良田 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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