内转塔式fpso系泊动力定位控制方法分析

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1、哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字)：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属

2、于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文(□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者(签字)：导师(签字)：日期：年月日年月日

3、内转塔式FPSO系泊动力定位控制方法研究摘要目前，随着海洋资源的开发不断向深海发展，系泊动力定位船舶成为比海上永久性固定平台等更为高效的海上油气生产装置。系泊动力定位系统结合了锚泊系统和动力定位系统的优势，锚泊系统可以在中等水深提供有效的张力满足控制的需求，在恶劣海况下可通过动力定位系统辅助锚泊系统以保持船位且避免缆线的断裂。本文以内转塔式浮式生产储油卸油船(FloatingProduction,StorageandOffloadingUnit，FPSO)为研究对象，研究了不同海况下FPSO系泊

4、动力定位控制方法。第一，FPSO系泊系统数学模型的建立是本课题研究的基础。首先建立内转塔式FPSO的运动学和动力学模型，其次建立了海洋环境的数学模型，包括风、浪、流的数学模型，最后采用悬链线方法对FPSO的锚泊线进行静力分析，建立了系泊缆模型，在单一系泊缆模型基础上建立了整个系泊系统模型。第二，不同海况下系泊动力定位观测器的设计是控制器得以应用的先决条件。在平静海况和中等海况下设计了高频滤波观测器，在极端海况下由于观测器很难分离出低频运动与高频运动，所以极端海况下设计的观测器不含有高频滤波。第三

5、，基于结构可靠性的控制器的设计是本课题研究的核心。由于海洋环境持续变化，引入了结构可靠性因子来衡量缆线的安全，并获取了基于缆线安全的最优位置。根据观测器估计值在平静海况下设计了非线性PID控制器，在中等海况下设计了基于局部最优的PID控制器，在极端海况下设计了基于结构可靠性的反步控制器。最后，不同海况下系泊动力定位混杂控制与仿真将是本课题研究的宗旨。针对船舶在海洋环境中受到海况变化的情况，通过一种尺度无关的迟滞切换逻辑，将设计的不同海况下的控制器融合到有监督控制系统的混杂控制系统中。通过仿真验证

6、了所设计的控制器在平静海况及中等海况下可实现定位和保证缆线安全，在极端海况下可充分发挥缆线的张力作用，保证了缆线安全，且海况变化情况下整个切换过程没有出现不稳定情况，即设计的混杂控制系统可保证船舶在变化海况下切换的稳定性。关键词：系泊动力定位；动力定位观测器；混杂控制；结构可靠性；局部最优哈尔滨工程大学硕士学位论文ABSTRACTCurrently,withtheincreasingdemandforoilandgas,explorationactivitiesaremovingtodeepse

7、a.Positionmooring(PM)systemhasprovedtoprovideacost-effectivealternativetopermanentplatformsforoffshoreoilproduction.PMsystemcombinestheadvantageofmooringsystemwiththeadvantageofdynamicpositionsystem.Thereasonisthatthemooringsystemprovideseffectivelyp

8、assivecontrolattheintermediatewaterdepths,andthethrusterscanperformactivecontroltoassistthemooringsystemwhennecessaryinsevereenvironmentalconditions.ThisthesisstudythecontrolmethodofinternalturretpositionmooringFPSOindifferentseaconditions.Firstly,th