原文传递
船舶装卸作业时动力定位控制方法研究
| 论文题名： | 船舶装卸作业时动力定位控制方法研究 |
| 关键词： | 船舶装卸作业;动力定位;起重船;仿真分析 |
| 摘要： | 随着现代科学技术的发展,人口逐渐膨胀,污染问题日益突出,人类对能源和资源的需求越来越大。不可再生的陆地资源逐渐减少,促使人类将他们对资源的需求转向海洋。因为海底大量的石油和天然气等尚未开采的资源,海洋资源开发具有极大的潜力。同时世界各个国家为提升自己的国民经济,日益重视海洋资源的开发,甚至开始激烈争夺。21世纪以来,海洋已经逐步成为全球石油的主要来源。近年来,由于世界油价逐渐攀升,各个国家逐渐加大了对海洋油气资源的开发利用,而且已经达到了前所未有的热度。 起重船是完成海洋工程中船舶装卸过程的主要工具。装卸作业时,起重船受重物影响产生大角度的横倾和纵倾,直接导致起重操作的复杂性增大,威胁船上工作人员安全。良好的动力定位控制系统能够提高定位精度,保证起重船作业时船舶的平稳性和安全性,提高作业效率。 本文以“海洋石油201”深水铺管起重船为研究对象,建立了起重船四自由度模型,包括水平面三自由度数学模型和横倾数学模型,同时为了研究装卸过程中起重船的横倾表现,建立了压载水舱模型。本文将起重船装卸作业分为三个过程,分别为起重船从固定平台起吊负载、起重船负载旋转和下放负载至另一固定平台。针对装卸作业的特点首先对整个装卸作业过程的船舶横倾表现进行了仿真,得到作业期间压载水的变化。分析了整个装卸作业过程中由于重物和压载水导致的船体重心、转动惯量的变化,考虑了因为船体横倾而导致的推进器输出减额并且考虑了海洋环境中风力和海浪对重物的影响。 本文首先基于线性二次型最优控制理论,将船舶水平面三自由度模型转化成适用于状态调节问题的线性低频状态空间模型,设计了起重船装卸过程最优控制器,然后选取了一组加权矩阵,得到装卸过程中船体会发生一定的偏移。增大装卸过程中加权矩阵的误差权值后,船体偏移量减小,符合控制的要求。 变结构控制主要针对系统模型结构不确定性,使系统按照一定的“滑动模态”的状态轨迹进行运动。根据其这一特性,在控制过程中引入了滑模项,设计了鲁棒反演滑模控制器。在控制器设计过程中,为保证输出作用力在推进器限制之内,本文引入了控制输出加权因子,并针对装卸过程进行了仿真。结果表明,该控制器能够很好的抵消装卸作业的影响,体现出较强的鲁棒性。 |
| 作者： | 刘扬 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 付明玉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
