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原文传递基于PID控制的锚泊辅助动力定位系统研究

论文题名：	基于PID控制的锚泊辅助动力定位系统研究
关键词：	锚泊辅助动力定位;锚链布置;控制模式;目标位置;PID控制
摘要：	随着人类对海洋资源的探索和开发逐渐向深海迈进，定位技术作为海洋工程生产、作业的基础，已经成为海洋工程中一个非常重要的研究领域。海洋工程中比较常用的定位方式是锚泊定位和动力定位。在这两种定位方式的基础上发展出来了一种新型的定位方式：锚泊辅助动力定位。该定位方式是将锚泊定位与动力定位相结合的一种定位方式。相比以相同极限海况设计的锚泊系统，推力器的使用能改善系统的定位性能，提高定位精度；相比单独使用动力定位，该系统具有更小的功率消耗，系统更稳定；同时，该定位系统具有更高的冗余度，单一锚链或者推力器失效对定位系统稳定性的影响更小。　　文章介绍了锚泊辅助动力定位系统目前的研究进展，以及主要的控制方法。并以一深水钻井平台的锚泊辅助动力定位系统为研究对象，对平台的锚链布置方式、控制系统工作模式等进行了研究。主要研究内容为：　　(1)最优锚链布置方式研究　　锚泊辅助动力定位系统的定位能力由动力定位系统和锚泊系统共同决定。而锚泊系统的定位能力又与锚链的布置方式直接相关，锚链的布置方式对锚泊系统的定位能力有很大的影响。本文旨在研究锚链布置方式对锚泊辅助动力定位系统的影响，并找出其中最优的布置方式。本文以八根锚链的锚泊辅助动力定位系统为对象，将锚链分为四组，沿坐标轴对称布置在平台坐标系的四个象限，按照五种不同的布置方式布缆。对锚链布置方式不同的锚泊辅助动力定位系统进行时域模拟，根据时域模拟得到的平台的运动、锚链张力、推力器功率消耗来比较不同布缆方式下的锚泊辅助动力定位系统的优劣，找出其中最优的锚链布置方式。　　(2)艏向控制模式研究　　锚泊辅助动力定位系统有三种典型的工作模式：　　1）锚泊定位模式，通过锚链来限制平台的运动，用于在环境载荷较小的海况下；　　2）艏向控制模式，推力器辅助锚泊系统控制平台艏向；　　3）锚泊辅助动力定位系统定位，通过推力器和锚链的联合作用来控制平台艏向、限制平台的水平运动。　　文章对锚泊辅助动力定位系统的艏向控制模式进行了研究，对该模式下平台的运动进行时域模拟，并与平台在只有锚泊定位下的运动及水平面三自由度运动均施加约束的全定位模式下的运动就行对比。　　(3)最优控制目标位置　　锚泊辅助动力定位系统的回复力由锚链和推力器提供，推力器提供的回复力由控制方法和控制目标位置的选取决定。通常情况下都将目标位置选取为零点。文章对使用均布式锚泊的锚泊辅助动力定位系统半潜平台进行了研究，使平台的锚泊辅助动力定位系统选择不同的控制目标位置，即将目标位置分别选取为零点，平衡位置，并进行时域模拟以比较不同目标位置下的定位效果。　　本文通过时域模拟的方法对锚泊辅助动力定位系统的锚链布置方式、控制系统进行了相关的研究，得出了相应的成果和结论，可以为深水半潜式钻井平台的锚泊辅助动力定位系统的设计和工程应用提供一定的参考，对促进深水半潜式钻井平台锚泊辅助动力定位系统设计技术的发展具有一定的意义。
作者：	邹刚
专业：	船舶与海洋工程
导师：	王磊
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文