动力定位平台协同运动控制与栈桥运动响应研究

论文摘要

随着海洋油气开发走向深海,生活支持平台(Accommodation support platform)或称为住宿平台(Floatel)等浮式结构物,在生产平台、海洋结构物的作业现场安装、试运行及维护等项目中,被更广泛地应用。生活支持平台可以为作业人员提供更安全舒适的居住环境和更完善的娱乐及医疗等设施,并且可以有效地增加生产平台的可变载荷。通常,生活支持平台与生产平台通过栈桥连接用于人员往来。如何确保栈桥连接的安全性和稳定性对于保证作业人员的安全和油气生产的利益是至关重要的。为了实现栈桥安全连接时间的最大化,需要确保两座平台相对运动的距离不超过栈桥的可伸缩范围,这就需要对两座平台的协同运动进行控制。本文以一座动力定位的生活支持平台和一座锚泊辅助动力定位的生产平台,以及两者间的可伸缩式栈桥为研究对象。两座平台相连接构成了多浮体问题,因此本文首先进行多浮体的水动力频域分析。之后从动力定位系统所需要的输入量着手,对慢漂力进行频域到时域的转换。其次,设计了基于一致性算法的跟踪控制器,并构造李雅普诺夫函数证明控制律收敛。从而实现两平台的协同运动控制,使平台间距离不超过栈桥的可伸缩长度范围。最后,研究不同环境载荷方向下栈桥的运动响应情况,包括伸缩量和旋转角等,为海上油气作业和运维提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 动力定位研究综述
•     1.2.2 多船协同控制研究综述
•     1.2.3 栈桥运动响应研究综述
•   1.3 动力定位系统简介
•     动力定位系统的组成
•     1.3.1 动力定位系统的工作原理
•     1.3.2 锚泊辅助动力定位
•   1.4 论文的主要内容与章节安排
• 第二章 多浮体的频域计算
•   2.1 引言
•   2.2 多浮体的势流理论
•     2.2.1 坐标系的定义
•     2.2.2 速度势求解
•     2.2.3 水动力参数求解
•   2.3 多浮体波浪力求解
•     2.3.1 一阶波浪力求解
•     2.3.2 二阶波浪力求解
•   2.4 数值模型
•   2.5 多浮体频域模拟结果
•     2.5.1 平台运动分析
•     2.5.2 平台附加质量与阻尼系数分析
•   2.6 本章小结
• 第三章 动力定位时域模拟
•   3.1 时域模拟的数学模型
•     3.1.1 平台的动力学模型
•     3.1.2 锚泊系统的动力学模型
•     3.1.3 单平台动力定位控制器
•     3.1.4 非线性观测器
•     3.1.5 推力分配
•   3.2 外部环境载荷
•     3.2.1 风载荷
•     3.2.2 流载荷
•   3.3 慢漂力从频域到时域的转化
•   3.4 本章小结
• 第四章 一致性控制算法
•   4.1 算法的基本介绍
•     4.1.1 一致性算法的基本思想
•     4.1.2 时不变通信拓补的收敛性分析
•     4.1.3 一致性算法的Lyapunov分析
•     4.1.4 基于一致性算法的协同策略应用场景
•   4.2 基于一致性算法的控制器
•   4.3 本章小结
• 第五章 栈桥运动响应的时域模拟
•   5.1 数值计算模型
•   5.2 栈桥运动响应模型
•     5.2.1 栈桥伸缩量
•     5.2.2 栈桥旋转角
•   5.3 时域模拟与结果分析
•   5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 全文总结
•   6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张铎

导师: 王磊

关键词: 动力定位,一致性控制,生活支持平台,栈桥

来源: 上海交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 海洋学,船舶工业,自动化技术

单位: 上海交通大学

分类号: P75;U664.82

DOI: 10.27307/d.cnki.gsjtu.2019.000585

总页数: 76

文件大小: 4385K

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