详情

原文传递推进器辅助系泊定位技术研究

论文题名：	推进器辅助系泊定位技术研究
关键词：	卸油船;系泊定位;推进器;积分反步法;有限元法;仿真分析
摘要：	人类对海洋资源的开发的迫切需求,促使高技术海洋开发装备的研究越来越受到人们的重视,定位技术是海洋开发的关键技术之一。其中,动力定位(Dynamic Positioning,DP)和系泊定位(Position Mooring,PM)是两种主要的定位方式,但它们各自有其优缺点。本文提出的推进器辅助系泊定位可以很好地扬长避短,使有限的资源更合理的应用,同时也能达到更好的定位效果。本文以浮式生产储油卸油船(Floating Production,Storageand Offloading System,FPSO)为研究对象,对转塔系泊形式的FPSO推进器辅助定位技术进行了研究。　　首先,建立了FPSO船体及海洋环境的数学模型。在建立随船坐标系、北东坐标系的基础上,建立了FPSO三自由度运动的运动学与动力学数学模型。同时,建立了海洋环境的数学模型,包括海风、海浪以及海流对FPSO干扰作用数学模型。　　其次,基于有限元法建立了FPSO系泊系统的仿真模型。通过研究系泊缆的动力学特性,建立了系泊缆动力学方程,进而采用有限元分析对其进行离散化,并在此基础上给出了多缆系统的数学模型。同时,针对具有四条缆线的FPSO,在中等和极端海况下进行了仿真实验,验证了FPSO系泊系统在不同海况下的系泊性能。　　接着,为FPSO设计了观测器,对其低频运动信息进行估计。为了改善卡尔曼滤波在非线性系统中使用的局限性,本文研究了其改进算法:无迹卡尔曼算法(Unscented Kalman Filter,UKF)和容积卡尔曼算法(Cubature Kalman Filters,CKF),并分别设计了基于两种算法的FPSO运动观测器。通过仿真实验,对CKF算法及UKF算法的估计精度进行了对比,证明了CKF算法具有较高的精度。　　最后,本文通过积分反步法为FPSO设计了控制器以控制其位置和艏向。基于李亚普诺夫控制方程的递归设计技术,将非线性的FPSO系统的模型分解为两个子系统,然后为每个子系统寻找李亚普诺夫控制函数,最终得到了基于积分反步法的系泊定位状态下FPSO的推进器辅助定位控制律。为了验证该设计的有效性,在中等和极端海况下进行了推进器辅助系泊定位仿真实验,仿真结果表明:推进器辅助定位的引入,有效的减少了FPSO系泊缆的动态张力,同时也达到了很好定位及定向效果。
作者：	陈博飞
专业：	控制理论与控制工程
导师：	施小成
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