动力定位系统的定位精度与功率优化研究

摘要

动力定位(DP)系统基于其良好的定位能力和安全性被广泛地应用于海洋工程领域。动力定位系统的定位精度和功率消耗是衡量其定位优劣的重要指标,所以对于这些指标的优化就变得非常重要。本文首先对动力定位系统的时域模拟原理进行了介绍,对一装有动力定位系统的半潜式平台进行了时域模拟,分析了其推力器失效模式对平台定位精度和功率消耗的影响,为动力定位系统的故障模式与影响分析提供了参考。同时,当出现动力定位推力器失效情况下,则失效推力器和相邻推力器的桨-桨干扰可以忽略,通过取消失效推力器相邻推力器的禁止角区域,使其他正常工作的推力器能够更充分地发挥作用保持平台位置,从而对平台的定位精度和功率消耗进行优化。
　　锚泊辅助动力定位是一种结合了动力定位系统和锚泊系统优点的定位方式。本文提出了两种措施来对一装配有锚泊辅助动力定位系统的半潜式平台定位精度和功率消耗进行了优化。第一种措施是在外界环境力载荷方向变化不大时拉紧迎风缆绳并松弛背风缆绳;第二种措施是当出现动力定位推力器失效情况下,取消失效推力器相邻推力器的禁止角区域。鉴于两种措施均能有效改善平台的定位精度和功率消耗,将两种措施结合在一起进行了进一步优化。提出的相关措施为工程实践提供了相关参考。
　　对于动力定位的控制系统优化,可以通过加入带有加速度反馈的PID控制来对控制系统进行优化,通过对一装有动力定位系统的驳船进行时域模拟后发现,加速度反馈可以有效改善动力定位系统的定位精度。对于惯性较小的船舶,很容易在外界环境载荷的作用下发生偏移,此时加速度反馈对定位精度的优化非常有效。选择合适的加速度增益大小,随着加速度反馈增益的增大,驳船的偏移会越来越小,然而,过大的加速度增益可能反而会降低动力定位系统的定位精度。

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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

1.4 本章小结

第二章 动力定位系统时域模拟原理

2.1 引言

2.2 运动方程及坐标系定义

2.3 海上浮体的外部受力

2.4 质量-阻尼-刚度系统

2.5 耐波性模型与操纵性模型结合

2.6 运动控制系统的稳定性与操纵性

2.7 本章小结

第三章 动力定位失效模式优化

3.1 引言

3.2 动力定位常用推力器种类

3.3 推进器水动力干扰

3.4 禁止角

3.5 数值计算实例

3.6 本章小结

第四章 锚泊辅助动力定位系统优化

4.1 引言

4.2 数值计算

4.3 本章小结

第五章 动力定位控制系统优化

5.1 引言

5.2 滤波器与非线性观测器设计

5.3 PID 控制方法

5.4 加速度反馈

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参 考 文 献

致谢

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