锚泊辅助动力定位研究与进展

锚泊辅助动力定位是结合了锚泊定位系统和动力定位系统的一种新型位置控制系统。锚泊辅助动力定位系统是最节能且最稳定的定位系统,在国际海洋工程领域具有广阔的应用前景。本文着眼于目前国际上对于锚泊辅助动力定位系统的研究状况,分别从理论计算和模型试验两个角度对其研究进展进行阐述,同时介绍了我国在此领域的研究进展,进一步提出了对于强化相关研究工作的建议。

深水半潜平台锚泊辅助动力定位系统功率消耗研究

以一艘半潜平台为例,对其推力器和锚泊系统进行合理的布置,在给定的环境载荷条件下,研究其在1 500 m水深时的定位情况。对比分析单独使用动力定位以及锚泊辅助动力定位系统等的定位能力及功率消耗。分析结果表明,在满足定位精度要求的前提下,如果单独使用动力定位,平台消耗功率过大,不够经济;使用锚泊辅助动力定位,则效果最佳,是较理想的定位方式。

锚泊辅助动力定位系统单缆失效影响研究

针对半潜式钻井平台锚泊辅助动力定位系统在海上作业时可能会出现的单缆失效情况。以一艘半潜式平台为例,设计锚泊辅助动力定位系统。通过全动态时域模拟,研究不同的单缆失效模式对半潜式平台锚泊辅助动力定位系统功率消耗、定位精度、缆绳张力等的影响。根据分析结果,在极端海况下,松弛锚泊辅助动力定位系统的背风缆有助于降低定位系统的功率消耗,提高定位精度和系统的安全性,从而为锚泊辅助动力定位系统的工程应用提供一些参考。

半潜平台锚泊辅助动力定位时域模拟研究

随着海洋油气资源开发逐渐走向深海,浮式结构物的定位能力越来越受到人们的重视。锚的泊辅助动力定位系统是将锚泊定位和动力定位相结合的一种新型海上定位系统。它具有安全性高、定位能力强、消耗功率小的特点。本文以某深水半潜式钻井平台为例,通过建立锚泊辅助动力定位时域模拟程序,分析平台在工作海况下的定位精度和功率消耗,并与相应海况下的动力定位进行比较。分析结果表明,该时域模拟程序能较为准确的地反映实际平台的定位情况。与动力定位相比,锚泊辅助动力定位能够取得更好的定位精度和较小的功率消耗,是更理想的定位方式。

锚泊辅助动力定位系统推力器故障模式影响分析

锚泊辅助动力定位是将锚泊定位和动力定位相结合的一种新型位置控制系统。以某深水半潜式钻井平台为例,通过时域模拟分析了两个推力器失效模式对平台锚泊辅助动力定位系统定位精度、功率消耗及缆绳张力的影响。分析结果可以看出,深水作业时平台同一配电板上两推力器失效对平台水平偏移有很大影响,可通过减小或取消失效推力器相邻推力器的禁止角及拉紧迎风缆并松弛背风缆的方法来减小平台偏移,节约功耗,为动力定位系统的故障模式与影响分析提供了参考。

锚泊辅助动力定位系统预测控制

针对锚泊辅助动力定位系统预测控制中的实时性特征,本文选择隐式广义预测控制算法对混合定位船舶控制器进行设计。对于广义预测控制算法滚动优化过程中需引入繁琐的丢备图方程中引起的实时性差问题,采用隐式自校正方法进行了修正。通过利用递推最小二乘法直接辨识控制增量表达式中的参数,减少了计算复杂度,从而满足了控制器的实时性要求。隐式GPC不仅具有传统的GPC算法的优点,而且鲁棒性更好。通过船舶混合定位系统的仿真结果可以看出,隐式GPC算法具有良好的性能,提高了混合定位系统的定位精度和性能。

船舶动力定位系统与锚泊辅助动力定位系统的时域模拟比较

以低频时域水平运动方程为基础,考虑各种低频载荷作用以及动力定位模型,建立起一种船舶动力定位的时域模拟系统,对某一驳船在只有动力定位系统和拥有锚泊辅助动力定位系统的情况下进行时域模拟,并比较了两种情况下的定位性能和功率消耗情况。

基于结构可靠性的锚泊辅助动力定位滑模控制

针对长期定位在深海恶劣海况下的浮式生产储卸油装置(FPSO)的作业安全问题,提出一种基于缆线结构性的锚泊辅助动力定位滑模控制方法。通过引入结构可靠性因子表征锚泊系统缆线的安全,在此基础上设计一种新型滑模控制器;通过控制结构可靠性因子和艏向达到FPSO锚泊辅助定位目的,并证明系统的稳定性。通过一系列的仿真试验,证明提出的基于结构可靠性的滑模控制器的有效性、安全性和节能性。

船舶锚泊辅助动力定位的抗扰控制

针对锚泊辅助动力定位控制系统中的不确定性问题,考虑系统的计算延时,提出一种高阶线性扩张状态观测器(ESO)用来估计系统下一采样时刻的总扰动,并在闭环中将其实时补偿,这种方法控制参数少、简洁且易于工程实施。本文以一艘救助船为研究对象,仿真验证了所提算法不仅具有高的控制精度、快速响应能力、抗扰性能,还能减少执行机构的磨损;并进一步以一艘供给船验证了所提算法的鲁棒性。

锚泊辅助动力定位系统艏向控制模式研究

锚泊辅助动力定位系统是一种将锚泊定位与动力定位结合起来的新型定位方式。对该系统的艏向控制模式进行了研究。在该模式下,控制系统将只对平台的艏向运动施加约束。同时对平台在该模式下的定位进行了时域模拟,并与锚泊定位和水平面三自由度均施加约束的全定位模式进行了对比。结果表明,在一般海况下,相比锚泊定位,该定位模式能显著提高平台的艏摇控制精度;相比全定位模式,该定位模式消耗的功率更小、更经济。艏向控制模式是锚泊辅助动力定位系统的一种工作模式,在相应海况条件下采取该定位模式,能够实现精确和经济的定位。

锚泊辅助动力定位推进器布置方式分析

作为锚泊辅助动力定位系统的执行机构,推进系统的优劣对整个机构定位能力有着重要的影响。通过研究3种推进器布置方式,分别对其布置形式下的定位系统的水平偏移、功率消耗进行研究和影响分析,从而得到不同推进器布置方式对于锚泊辅助动力定位系统的影响。提出对推进器的布置方式的选择要根据海洋平台所经常受到的环境载荷作用方向来确定,保证推进器的布置方式不会导致过大的干扰,从而为锚泊辅助动力定位系统的工程应用提供建议和参考。

锚泊辅助动力定位系统锚链及推进器复合失效研究

锚泊辅助动力定位系统是一种新型的海上浮式结构物定位系统,具有定位精度高、功率消耗小等特点。本文以1艘半潜平台为例,对锚链及推进器复合失效模式下的锚泊辅助动力定位系统进行时域模拟,得到了复合失效模式下的定位精度以及功率消耗情况。根据时域模拟的结果,锚泊辅助动力定位系统在复合失效模式下仍能保持较高的定位精度,但平台总的功率消耗大幅增加,且将出现单个推进器功率消耗剧增的情况。本文的结论为实际工程应用提供了一些有价值的参考。

深水半潜平台锚泊辅助动力定位系统锚链布置方式影响分析

随着海洋资源开发的深入,作为海洋资源开发的主要工具,深水半潜式平台及其相关研究越来越受到重视。为了给实际工程中深水平台的定位系统布置提供参考,着手研究不同锚链布置方式对深水半潜式平台的定位能力的影响,针对较为新颖的锚泊辅助动力定位系统,研究了锚泊系统布置方式的变化对整个系统的定位能力,功率消耗等的影响程度。从一艘半潜式平台入手,分别对两种不同锚链布置方式下的锚泊辅助动力定位系统进行全动态时域模拟,从而得到在不同的迎浪角度下平台的水平偏移以及总功率消耗的时历曲线,并归纳其统计值进行比较。分析结果得知,增加锚链数量能够增强系统的定位能力。平台越趋于横浪时,增加锚链数量的辅助定位效果越明显,能耗越小,经济性越好。所作研究为实际工程中锚泊辅助动力定位系统的设计,提供了一定的借鉴和参考。

考虑输入饱和的锚泊辅助动力定位滑模控制

为了实现深海恶劣海况浮式生产储油卸油船的安全作业,本文设计一种考虑系泊缆线安全及推进器使用限制的抗饱和鲁棒动力定位控制器,与锚泊系统协同实现浮式生产储油卸油船定位的安全和精度要求。引入结构可靠性因子表征缆线安全,提出了一种基于结构可靠性因子的锚泊辅助动力定位滑模控制器,并分别采用双曲正切函数逼近饱和情况和设计饱和补偿辅助系统2种抗饱和策略改进控制器,以消除执行器输入饱和对控制效果的影响,在极短时间内使锚泊辅助动力定位系统达到安全作业的要求。实验结果表明:设计的2种抗饱和控制器都能够在恶劣海况下实现定位的安全和精度要求,且饱和补偿辅助系统的性能要优于双曲正切函数逼近饱和系统。

维修型半潜船推进器辅助锚泊定位能力分析

围绕半潜船辅助锚泊定位系统进行了研究。通过对维修型半潜船推进器辅助锚泊定位能力的研究,计算相关模型,并利用多目标优化方法进行优化设计,取得了较好的结果,有助于增强维修型半潜船推进器辅助锚泊定位能力。

推进器辅助锚泊模式下半潜式平台锚地抗台风能力分析

针对半潜式钻井平台在锚地防台风这一特定工况,选取我国南海港外锚地典型海洋环境条件,采用锚泊分析配合平均载荷缩减法,并考虑动力定位系统推进器性能的影响,建立了平台-锚泊系统耦合时域动态分析模型,分析了半潜式钻井平台在浅水海域恶劣海况条件下有无动力定位系统辅助时的锚泊状态,并依据API RP2SK规范对其综合抗台风能力进行了评价与分析,结果表明推进器辅助锚泊模式可以有效改善锚泊系统受力状况,并显著增强平台综合抗台风能力。本文研究方法及结论可为同时具备锚泊及动力定位系统的浮式结构物在抗台风时的工程设计及实际作业提供参考。

动力定位辅助锚泊定位船有限时间观测器设计

针对船舶动力定位辅助锚泊定位(DPM)系统中速度不可测和外部扰动不确定的问题,基于传统的状态观测器的设计了一种有限时间状态观测器(FTSO),所提观测器可以同时对船舶速度和外部扰动进行估计.在船舶的建模过程中考虑了系统中的未建模动态项,并根据建立的数学模型给出了所提观测器的数学表达式.利用矩阵不等式、齐次理论和Lyapunov稳定性理论等证明了该有限时间观测器是半全局有限时间稳定的.对所提观测器进行了仿真验证,并与传统的状态观测器进行了对比实验,仿真结果表明所提观测器具有更快的收敛速度和更好的抗干扰性.

推进器辅助锚泊FPSO艏向控制模式计算分析

推进器辅助锚泊定位是一种将锚泊定位和推进器定位相互结合的新型混合定位系统。论文建立了在风浪流海况作用下船体—锚泊—推进器三者联合作用的时域响应数学模型,运用时域评估方法对推进器辅助锚泊FPSO艏向控制模式进行了研究。计算分析了推进器辅助锚泊定位下FPSO在共线和非共线风浪流海况作用下的运动性能,并与锚泊定位进行了对比。研究结果表明,艏摇角对FPSO摇荡运动影响显著,推进器辅助锚泊定位可以显著提高FPSO艏向控制精度,有效改善FPSO运动性能,提高整个系统的安全性。

维修型半潜船推进器辅助锚泊定位能力分析

为了提升半潜船在定位作业能力,提高抗更恶劣的海况,本文通过对半潜船的锚系泊定位能力进行优化,采用海洋平台、FPSO等海洋工程中的推进器辅助锚泊定位系统的技术和经验,应用于半潜船设计中,以满足半潜船应急定位需求。通过动力定位计算,提供推进器辅助定位,着重比较半潜船在动力定位辅助下,锚泊定位能力的提升效果,可在更大海上风浪流环境条件下的进行锚泊定位,以满足突发的高海况应急定位控船之需。

半潜式平台在外载荷下的位移计算与仿真

为提高锚泊辅助动力定位系统抵抗外载荷的能力,提出一种计算半潜式平台位移的方法。该方法能够在已知外载荷的情况下,预算平台位移,进而提高控制器对前馈补偿的控制精度。使用该方法比较汇交和非汇交锚泊系统在相同外载荷下平台位移、锚泊线受力及平台首向变化之间的差异,结果表明在进行相关计算时可将锚泊系统简化为汇交系统,进而提高控制器的时效性。所做的研究工作可为锚泊辅助动力定位系统控制器的设计提供参考。