Predictive Control and Implementation of Mooring Automatic Positioning System for Deepwater Semi-Submersible Platform

The automatic positioning control of mooring system for deepwater semi-submersible platform has become a key issue in the research and development field of deep-sea resources. The Dual-Stage Actuator (DSA) proposed in this paper can replace the single actuator to achieve the high speed and high precision positioning by cooperative control. The relative model and control algorithm of motion trajectory (CAMT) are designed and validated, which proves that the method proposed in this paper is effective.

Implementation of Mooring Automatic Positioning System for Deepwater Semi-Submersible Platform Based on Dual-Stage Actuator

The automatic positioning control of mooring system for deepwater semi-submersible platform has become a key issue in the research and development field of deep-sea resources. The Dual- Stage Actuator (DSA) proposed in this paper can replace the single actuator to achieve the high speed and high precision positioning by cooperative control. The relative model and control algorithm of motion trajectory (CAMT) are designed and validated, which proves that the method proposed in this paper is effective.

局部系泊失效下半潜式平台系泊韧性评估方法研究

半潜式平台系泊失效会引发重大安全问题,为研究局部系泊失效下半潜式平台系泊韧性水平,构建系泊失效至恢复全过程的平台性能水平曲线,并将系泊韧性量化为吸收、适应及恢复3部分。基于平台运动响应及恢复操作构建相应的韧性定量评估指标,并利用CRITIC(Criteria Importance Through Intercriteria Correlation)法进行赋权,进而得到韧性评估3层指标体系。以规则波作用下的南海某半潜式平台为实例,在ANSYS@AQWA TM中建立其数值模型以进行水动力计算,并运用构建的评估指标体系进行系泊韧性评估。结果显示:半潜式平台系泊韧性水平与吸收、适应和恢复能力具有一致相关性,且浪向对角线立柱下两根系缆同时失效时系泊韧性水平最高,同一立柱下两根系缆同时失效时系泊韧性水平最低。

基于无模型自适应控制的半潜式平台运动性能研究

南海海域油气资源极其丰富,半潜式平台在该海域工作时常常面临着系泊失效这一重大危险情况。该研究以一艘装配有悬链式系泊系统和DP-3动力定位系统的半潜式平台为研究对象,利用AQWA软件开展系泊失效前后半潜式平台运动性能研究。同时,借助于AQWA软件二次开发功能,将无模型自适应控制作为动力定位系统控制理论,以研究半潜式平台系泊失效后运动性能恢复。数值仿真模拟结果表明,采用无模型自适应控制作为动力定位系统控制理论的半潜式平台能很好地恢复系泊失效后的运动性能,有效地减小系泊失效带来的危害;基于偏格式动态线性化和全格式动态线性化的无模型自适应控制比基于紧格式动态线性化的无模型自适应控制能让半潜式平台更快地恢复运动性能。

南海油气田在位FPSO限位方案设计

南海海上浮式生产储油轮(FPSO)定位型式均采用单点系泊系统,近年来偶尔出现系泊锚缆零件损坏,为了消除安全隐患,需要对FPSO限位情况下进行海上维修。以更换海洋石油 118FPSO的单点锚缆零件为例,基于限位作业条件,计算分析限位载荷,确定限位拖轮,设计了动态限位方案,并提出风险控制的提升措施,实践证明限位方案的可靠性和安全性。

海洋核动力平台定位系统多体动力学模型试验验证

为验证海洋核动力平台定位系统多体动力学模型的合理性,从而提高该平台长期系泊的可靠性,本文采用多体动力学方法与缩比模型试验方法,对核动力平台定位系统进行建模与验证。基于定位系统多铰连接的拓扑结构,结合多刚体动力学理论,建立了定位系统的多体动力学仿真模型。搭建了定位系统1∶9缩比模型试验平台,并选取2种典型工况进行验证。研究结果表明:定位系统多体动力学模型计算的系泊腿受力与实验结果符合良好,平均误差在2%以内。算例分析发现,系泊腿受力循环次数主要集中在低幅值高均值区域。本文模型试验验证了所提出的定位系统多体动力学模型的可行性与正确性,能够为定位系统系泊能力的评估提供参考和借鉴。

在位FPSO限位维修方案设计和作业风险监控

南海浮式生产储卸油装置(FPSO)均采用单点系泊系统,基于生产和维修需要,为消除安全隐患,在海上维修FPSO。以更换海洋石油118FPSO的单点锚缆零件为例,基于限位作业条件,计算限位荷载,确定限位拖轮,设计动态限位方案,提出风险控制的提升措施。实践证明,限位方案具有可靠性和安全性。

软黏土中吸力锚承载特性离心试验研究

加载倾角和系泊点位置是吸力锚基础最重要的设计要素之一,能够改变锚体的破坏姿态以影响极限承载力。在饱和软黏土地基中选择不同的加载倾角及系泊点位置进行位移控制下的张紧式吸力锚离心模型试验,利用六自由度磁力计装置定量分析了加载倾角和系泊点位置对吸力锚破坏姿态与极限承载力的影响。研究发现,系泊点位置在锚体约2/3高度时,吸力锚发生平动破坏,当加载倾角由35°变化至20°时,在相同的系泊点位置,吸力锚发生后仰破坏,归一化极限承载力稍增大,并且达到极限承载力后仍保持一定的承载力余量;系泊点位置在锚体2/3高度以上时,吸力锚发生前倾破坏,归一化极限承载力降低了25%左右,并且破坏后的承载力余量大大降低。无论破坏模式如何,均未发现锚内土塞与锚有明显分离。

大型浮标锚泊定位系统布放运动特性研究

锚泊定位系统用于控制大型海洋浮标在海面上的工作位置,锚泊定位位置的精度决定了锚泊系统的基准定位精度。锚泊定位系统的布放是锚泊定位的关键环节,一旦布放定位位置偏移,将影响基准定位精度,并且对海底基站平台与设备造成威胁。为了研究锚与锚链系统下落过程中的运动规律,将锚与锚链整体视为变质量系统,建立动力学模型研究变质量系统在水中下落的运动特性,分析浮标锚链入水过程中的动力学特性与环境影响因素,为锚泊系统的设计和优化提供更为科学的依据。

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。

矩阵加权Moore-Penrose逆的通式

讨论了矩阵的15种Moore-Penrose逆的通式,同时矩阵的15种Moore-Penrose广义逆作为其特殊情形而导出.

环上矩阵的Moore-Penrose逆的注记

讨论带有对合反自同构的环上矩阵的广义逆，给出了矩阵存在Mooore－Penrose逆的条件及Moore－Penrose逆的一些性质和显式．

锚系作业船在超深水锚腿预铺设中的应用实践

海上浮式生产设施通常采用多条系泊锚腿将上部平台设施与海底锚桩连接,水深超过1500m时锚腿的预铺设工作面临前所未有的挑战和困难。本文结合中国南海西部半潜式平台系泊锚腿预铺设作业的工程实践,以动力定位系统、主动深沉补偿式折臂吊机、500t锚系处理绞车配合作业的方法下放锚腿;结合锚头链与锚桩连接、锚腿中段聚酯缆下放、锚腿湿存等问题,深入分析、探讨、总结锚系作业船舶在施工中的要点和难点。

大型起重船系泊系统时域分析

起重船因其结构的特殊性以及作业工况的复杂性,对其在施工作业和安全方面产生不利的影响。多点锚泊定位系统在控制船位保证起重船正常工作方面起到了非常关键的作用,故有必要对起重船的系泊展开专门研究。基于1 500 t回转式起重船采用Workbench/AQWA来计算不同工况、不同水深、不同浪向角下系泊缆的张力、卧链长度以及船体运动响应。结果表明,起重船运动响应满足设计要求,系泊系统具有良好定位能力;在尾吊、侧吊、暴风自存3种不同工况、不同水深条件下,优先考虑系泊缆3以减少设计计算中的工作量;起重船随着水深的增加,横荡、横摇变化最为明显,发生在90°浪向。该研究有助于设计者和船上工作人员预测船体运动,为系泊缆的进一步深入研究奠定基础。

波流-碎冰耦合作用下平台动力定位辅助系泊模型试验研究

为评估某极区半潜平台的作业安全,开展波流-碎冰耦合作用下冰区半潜平台动力定位辅助系泊的模型试验,对比分析风浪流-碎冰载荷联合作用下平台动力定位系统在有、无加速度反馈工况下的运动及系泊响应,验证加速度反馈策略的有效性。提出切换定位点消冰策略消除半潜式平台立柱前浮冰积聚的现象,对比开启消除浮冰功能前,平台系泊系统张力大幅降低,进一步提高了平台的作业安全。

海洋平台张力释放绞车锚泊定位系统研究

以海洋平台锚泊系统为研究对象,设计张力释放绞车的机械机构与液压系统,计算张力释放绞车关键零部件参数并选型。推导基于储缆绞车减张力释放装置液压马达转角、力矩传递函数,以及锚泊系统多台绞车协调位移-力特性,采用微分先行PID控制策略结合MATLAB仿真,分析储缆绞车对减张力释放装置液压马达转角、力矩控制的影响,多台绞车的位移-力的输出特性。仿真结果表明:储缆绞车对张力释放装置的阶跃信号转角控制、正弦信号力矩控制影响较小,但张力释放装置则极大地减少了外力对储缆绞车的冲击。不同的阶段各系泊绞车主次切换,可实现对船舶或者潜器位置控制。

船舶系泊动力定位控制技术综述

船舶系泊动力定位系统是海洋资源开发中不可或缺的核心装备之一。它能够解决复杂海洋环境下船舶的定位作业问题,可以提升船舶的机动灵活性,同时保证作业安全,减少能源消耗。本文介绍了系泊动力定位系统的组成及工作原理;系统模型的建立、应用场景及相应局限性。归纳总结了国内外关于系泊动力定位技术的研究,分类介绍控制策略进展现状,并讨论系泊动力定位技术未来的发展方向和趋势。指出适用场景横向纵向发展、控制无人化智能化以及面向多任务的需求是系泊动力定位技术进一步发展的方向。

圆筒型FPSO总体设计方案与关键技术——以“海洋石油122”为例

流花11-1油田二次开发采用深水导管架回接圆筒型FPSO的开发模式。作为亚洲首座自主设计、建造和安装的圆筒型FPSO——“海洋石油122”,其在设计、制造等阶段面临南海环境条件恶劣、非船型运动机理、布置空间紧凑、无动力定位外输油轮、建造工期短等诸多挑战。本文阐述了圆筒型FPSO一体化设计理念、适应多点系泊的方位设计、各性能平衡的分舱设计以及安全便利的压排载系统等设计方案。在此基础上,对相关关键技术展开了重点论述,包括:为满足布置空间与储油需求前提下,提高圆筒型FPSO在高波陡下的运动适应性,确定了船体的合理水线面直径及在阻尼板外侧增加锯齿形裙边的阻尼板设计,有效降低圆筒型FPSO的升沉与偏移;为降低外输作业风险,提高外输作业概率,开展了非动力定位油轮外输方案设计,设置了圆筒型FPSO的合理外输点;为降低系泊张力,研究采用了聚酯缆系泊系统,降低了系泊工程投资;针对以往圆筒型FPSO建造周期长、调试工作量大的不足,进行了一体化结构设计,大大缩减了上部组块与船体的合龙周期。该圆筒型FPSO目前已进入建造阶段,对中国南海圆筒型FPSO的设计、建造和运营具有较高的借鉴意义。

基于抗饱和导引动态面的工程船舶锚泊定位控制

在考虑工程船舶锚泊系统输入受限情况下,提出一种基于位置导引的抗饱和动态面控制器以实现工程船舶锚泊定位的安全及精度要求。通过引入位置导引函数限制锚缆张力变化率,同时采用动态辅助系统对系统输入饱和进行补偿,实现工程船舶快速精准定位。仿真结果表明,该抗饱和导引动态面控制器能够有效解决锚泊系统输入受限的问题,进而提高系统安全性和有效性。

基于锚链可靠性的深水半潜平台设定点追踪控制

装备锚泊辅助动力定位系统的半潜平台运动控制主要目标,是将船舶保持在距离目标位置较小的半径内,同时防止系泊缆发生失效。该文将设定点追踪控制方法应用于配备锚泊辅助动力定位系统的半潜平台,以确保系泊缆的可靠性。根据结构可靠度指数和动态权重系数,建立系泊缆张力的能耗方程,通过求解能耗方程在线计算最优设定点;并基于该方法设计了定位系统控制器,通过时域耦合数值模拟对该方法进行验证与对比。结果表明,在控制参数相同的情况下,文中提出的设定点追踪控制方法可以使系泊缆的可靠度指数保持在相对较高的水平,提高定位精度的同时降低系泊缆张力动态响应幅度。该方法将有助于推动锚泊辅助动力定位系统在半潜平台上的进一步工程应用。