半潛式石油平臺(tái)動(dòng)力定位控制系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著人類(lèi)對(duì)海洋資源開(kāi)發(fā)和探索的范圍越來(lái)越大，由于傳統(tǒng)的定位方法無(wú)論從經(jīng)濟(jì)上還是技術(shù)上都無(wú)法適應(yīng)新的作業(yè)環(huán)境的需求，人們對(duì)深海作業(yè)的浮式生產(chǎn)系統(tǒng)包括船舶半潛平臺(tái)的系泊方式的研究日益重視。我國(guó)海洋資源豐富，開(kāi)采前景不可估量，而開(kāi)發(fā)、開(kāi)采的進(jìn)行必將使用動(dòng)力定位系統(tǒng)，因此研究海上作業(yè)系統(tǒng)的動(dòng)力定位技術(shù)有著重要的意義。動(dòng)力定位（DP）系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)的錨泊，它是一個(gè)閉環(huán)的控制系統(tǒng)，控制器通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)得到的信號(hào)來(lái)推動(dòng)推力器系統(tǒng)抵抗由于風(fēng)、浪、流等作用

2、于海洋浮式結(jié)構(gòu)物的環(huán)境作用力，從而使其保持在固定的位置或預(yù)定軌跡上。由于真實(shí)環(huán)境的復(fù)雜性，如何建立準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)模型以及在復(fù)雜海況下保持良好控制效果，一直是動(dòng)力定位控制的研究熱點(diǎn)。 本文以深海半潛式石油平臺(tái)為對(duì)象，研究了一種基于模型的動(dòng)力定位控制系統(tǒng)，主要完成以下幾個(gè)方面的工作：首先，根據(jù)復(fù)雜海況下的風(fēng)、浪、流運(yùn)動(dòng)方程以及深海石油平臺(tái)運(yùn)動(dòng)規(guī)律將平臺(tái)運(yùn)動(dòng)分解為高頻運(yùn)動(dòng)子系統(tǒng)和低頻運(yùn)動(dòng)子系統(tǒng)，建立了平臺(tái)動(dòng)力定位系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型。然后，

3、設(shè)計(jì)平臺(tái)動(dòng)力定位系統(tǒng)中的推力器機(jī)構(gòu)。建立了推進(jìn)器的數(shù)學(xué)模型，并且基于所得到的動(dòng)力學(xué)模型給出了推進(jìn)器的推力分配方案。再后，根據(jù)運(yùn)動(dòng)模型建立了卡爾曼狀態(tài)觀測(cè)器，從測(cè)量信號(hào)中分離出高頻信號(hào)和低頻信號(hào)，完成了對(duì)船舶控制所需的低頻信號(hào)的濾波。系統(tǒng)引入前饋補(bǔ)償來(lái)抵消風(fēng)力對(duì)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的影響；用具有積分作用的線性二次型最優(yōu)控制方法作為控制規(guī)律；從而得到了一個(gè)完整的基于動(dòng)力定位系統(tǒng)模型的控制系統(tǒng)。最后，引入了自校正濾波以改善基于確定模型的卡爾曼觀測(cè)器的濾波