基于某海洋平台供应船的动力定位系统规范改进研究

摘要

动力定位（简称 DP）系统在船舶和海洋工程领域越来越受到青睐，它可以保证船舶在深海作业过程中不受海洋环境的影响而保持在一个相对确定的海面位置上，特别在海洋平台供应船（PSV）、深水石油钻井平台、钻探船和浮式生产储油船（FPSO）等特殊用途工程船中已成为必备的关键设备。
　　国内外相关研究在自动控制系统、推力分配系统和位置参考系统及传感系统层面取得不少成果，但是在船舶海洋设备领域，DP系统的相关技术规范技术更新还不够及时，部分关键技术要求未明确。为了更好地做好船级社技术支持工作和发挥业界技术引领作用，本文以某海洋平台供应船为例，对其DP系统进行理论研究及实验研究，依据仿真和实验验证，进而提出针对DP系统规范改进的建议，对指导我国海洋战略深入推进具有现实意义。
　　本文首先系统地分析比较了国际海事组织（简称IMO）和全球各主要船级社规范对DP系统的技术要求，并详细介绍了中国船级社规范中有关DP系统的附加标志、相关定义、DP系统的配置要求及设备组成等，识别出现有规范中的若干不足之处。
　　基于控制工程和船舶动力运动学理论，对现有的船舶DP系统的控制模型开展了研究，建立了传统控制模型、DP系统PID控制模型和DP系统模糊控制模型，对比了不同模型的技术核心，紧密结合标题船实例和参数进行了仿真设计和仿真分析。仿真情形均采用该类型海洋工程船的主要工作海况和海区数据，对比四种控制模型的控制效果——锚泊控制、PID控制、模糊控制（Fuzzy-PD、Fuzzy-Cur或Fuzzy-Wave之一）。通过仿真研究得出，模糊控制模型更合适于该类海洋平台供应船的DP系统的控制模型。
　　论文进一步以某海洋平台供应船的DP系统为例，详细分析了其组成、布置，研究了该船DP系统的DP-3规范符合性，考虑性能需要和操纵模式，设计了涵盖15个项目的航行实验。通过海上实船试验和FMEA验证，证明以模糊控制模型为基础的DP系统能够在实船上实现良好的定位效果。
　　最后依据仿真分析和实船实验结果，结合现有规范技术要求，特别针对现有规范中的不足，从控制精度要求、实验环境规范、动力推进优化建议及控制模型推荐等方面对中国船级社规范中的相关规范提出具体的改进建议和后续研究展望。

目录

声明

1 绪论

1.1 选题的意义

1.2 动力定位系统国内外情况

1.3动力定位系统基本工作原理、工作流程和基本组成

1.4本文的研究内容

2 动力定位系统的技术标准

2.1 动力定位系统附加标志及相关定义

2.2 国际海事组织（IMO）和各船级社就动力定位系统的规范对比

2.3规范对动力定位系统的技术要求

2.4本章小结及课题的引出

3 动力定位系统工作原理和控制模型

3.1动力定位系统的工作机理

3.2 控制系统数学模型的建立

3.3几种主要定位系统的建模

3.4 控制系统数学模型的仿真算例

3.5仿真实验设计

3.6仿真分析

3.7本章小结

4 某海洋平台供应船的动力定位系统DP-3实验研究

4.1 船舶配置的规范符合性

4.2 实船实验设计

4.3 通过动力定位系统试验，对模糊控制器的效果进行验证

4.4验证结论

4.5本章小结

5 规范改进的研究

5.1针对控制精度要求的改进

5.2针对实船试验环境规范改进

5.3针对控制模型的改进建议

5.4针对推力分配的优化建议

6 结论及展望

6.1主要研究工作总结

6.2 进一步研究工作展望

参考文献

攻 读 学 位 期 间 发 表 的 论 文

致谢