统一运动模型在动力定位系统中的应用

摘要

动力定位系统研究有三种方法即数值模拟、模型试验和实船实验。其中模型试验和实船实验成本很高、实验周期长，因此数值模拟方法是最经济的、主流的研究方法。但数值模拟结果一般和模型试验和实船实验结果相差较大，因此一般只进行相对数值研究，对于工程实际指导意义并不一定很大。在数值模拟中，目前大多动力定位系统中运动方程采用低频操纵性运动方程，由于此运动方程假定结构物只受低频波浪激励并且没有考虑到流体的记忆效应，因此很难捕捉到结构物对激励力的非线性响应，其平台的运动、功率消耗等的数值模拟结果对于工程实际没有很大的指导意义。基于此想法，作者将统一运动方程引进到动力定位系统中，并进行全面的对比分析验证其有效性。
　　本文首先介绍动力定位系统的基础理论知识包括动力定位系统组成、外环境力组成以及描述结构物的运动坐标系等。之后对统一运动方程理论进行详尽介绍和梳理，总结出有航速和无航速的运动方程空间状态表达形式。接下来总结梳理统一运动方程和低频操纵性方程原理和流程框图，根据公式推导总结各运动模型的优缺点，之后搭建动力定位系统时域模拟平台，并简单模拟验证程序的有效性。最后以半潜式平台为例，设计典型工况进行数值模拟，比较分析统一运动方程和低频操纵性运动方程结果包括水平面定位精度、功率消耗以及横摇、纵摇角度。第六章以半潜平台进行动力定位能力分析实验，在不同工况对比分析定位精度、功率消耗，最后实验结果与统一运动方程结果进行比对，验证基于统一运动方程数值模拟程序的优越性，并对工程实际做出指导。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 动力定位系统简介

1.3 本文研究内容

第二章 动力定位系统基础理论

2.1 引言

2.2 浮式结构物的运动方程及坐标系定义

2.3 浮式结构物外环境载荷

2.4 推力系统

2.5 控制系统

2.6 本章总结

第三章 统一运动方程理论

3.1 引言

3.2 基础理论

3.3 操纵性和耐波性模型

3.4 统一的运动方程模型

3.5 本章总结

第四章 动力定位系统时域模拟

4.1 引言

4.2 海洋结构物运动模型

4.3控制系统模拟

4.4状态观测器模拟

4.5推力分配模拟

4.6动力定位时域模拟程序

4.7 本章总结

第五章 统一运动方程与低频操纵性方程对比分析

5.1 引言

5.2 半潜式平台频域水动力分析

5.3 数值模拟结果对比分析

5.4 本章总结

第六章 动力定位模型试验研究

6.1 引言

6.2水池模型试验基本理论

6.3动力定位模型试验研究

6.4实验结果与分析

6.5实验结果与数值模拟结果比较

6.6本章总结

第七章 总结与展望

7.1主要研究工作总结

7.2进一步研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文