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。     

基于改进混合蛙跳算法的船舶推力分配

为了提高船舶动力定位系统的定位精度,保障海上正常作业,本文提出了一种基于改进混合蛙跳算法的船舶推力分配方法.建立了以船舶的推进系统功率最小为目标函数,其中目标包括船舶推进器的功率消耗,推进器的磨损,推力的误差.约束条件包括推进器的推力和方向角正常工作大小以及其变化率的大小.针对传统的混合蛙跳算法的初始化和更新规则进行改进.将改进前后的混合蛙跳算法对船舶推力分配问题进行优化求解,仿真的结果表明改进后混合蛙跳算法能有效的降低船舶的功率消耗,并且提高了船舶动力定位系统的相关精度.     

深水半潜式钻井平台DP3动力定位能力分析

以一座深水半潜钻井平台为对象,研究其动力定位系统的定位能力。依据API规范对动力定位能力的分析方法和要求,对半潜平台动力定位系统进行环境载荷的计算与分析,建立了动力定位系统的分析模型,编制了动力定位能力计算程序,针对平台推力系统的完整模式和各种失效模式,计算并绘制了平台在作业工况和待机工况下动力定位能力曲线和静态功率消耗曲线。计算结果表明,该平台的动力定位系统能够满足DP-3级别要求,能保证半潜钻井平台在设计海况下正常作业。     

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。     

动力定位的推力分配优化策略

动力定位系统主要由测量系统、控制系统和推进器组成,为了提高船舶和海上移动作业平台的动力定位精度,保障深海作业的正常进行,本文针对舰船的动力定位系统推力分配策略进行研究,通过建立动力定位系统的函数模型,结合模糊算法构建了动力定位系统的推力分配策略,取得了良好的控制效果。     

自抗扰控制算法船舶动力定位仿真分析

在远洋和深海海域,船舶如果采用传统的锚泊方式定位一方面存在灵活性差的问题,另一方面锚链长度造成的角度偏移会导致船体的定位精度差。因此,船舶的动力定位系统成为一项船舶重要的功能系统。在船舶的动力定位过程中,风浪等扰动作用会干扰动力定位的精度。针对这一问题,本文提出一种自抗扰控制算法。该算法利用跟踪微分器、状态观测器、误差反馈模块等关键环节,实现船舶动力定位推进器的精确控制,提高船舶动力定位的精度。此外,结合Simulink仿真平台,进行动力定位系统自抗扰控制技术的仿真分析。     

基于严格等式约束的推力分配算法研究

为提高动力定位系统的定位精度,本文提出了一种满足严格等式约束的改进遗传算法对推力分配进行优化.该方法通过分析目标函数中不同项之间的影响,确定了推力角的权值系数,并从二个方面对遗传算法进行改进,提高了优化速度及精度:一是继承上一时刻的精英个体来生成等距初始种群;二是结合自适应算法加强局部搜索能力.针对推进器之间的水动力干涉问题,基于推力损失模型对推进器进行分组,并通过错位安置以及采用在推力禁区内设置推力减额系数的方法来降低推力损失,最后利用改进的遗传算法对半潜式平台动力定位系统的推力分配进行了仿真模拟.仿真结果表明,提出的方法在满足等式严格约束的基础上,降低了推进器推力的水动力损失,进而提高了系统的定位精度以及运行的经济性.     

定位方式对浮式半潜平台气隙的影响特性及机理研究（英文）

本文结合模型试验,采用数值重构的模型,以一浮式半潜平台为算例进行时域全耦合分析,就锚泊定位与动力辅助锚泊定位对平台气隙影响的敏感性展开研究,深入探索了定位方式差异对平台气隙的影响特性及其机理。研究得到如下结论:动力辅助锚泊定位平台较之于纯锚泊定位平台,锚链对平台的垂向约束相对较小,在垂向方向,平台与波浪之间的随动性更好,从而减小了平台与水质点之间的相对运动,对气隙有着较好的改善效果。在同等工况下,锚泊定位方式平台发生负气隙的概率大于动力辅助锚泊定位方式平台,其波浪砰击也更为剧烈。在平台气隙数值模拟时,应充分考虑定位方式差异对平台安全作业的影响。     

定位方式对浮式半潜平台气隙的影响特性及机理研究

本文结合模型试验,采用数值重构的模型,以一浮式半潜平台为算例进行时域全耦合分析,就锚泊定位与动力辅助锚泊定位对平台气隙影响的敏感性展开研究,深入探索了定位方式差异对平台气隙的影响特性及其机理.研究得到如下结论:动力辅助锚泊定位平台较之于纯锚泊定位平台,锚链对平台的垂向约束相对较小,在垂向方向,平台与波浪之间的随动性更好,从而减小了平台与水质点之间的相对运动,对气隙有着较好的改善效果.在同等工况下,锚泊定位方式平台发生负气隙的概率大于动力辅助锚泊定位方式平台,其波浪砰击也更为剧烈.在平台气隙数值模拟时,应充分考虑定位方式差异对平台安全作业的影响.     

船舶动力定位系统的自适应控制研究

船舶和海上作业平台在海上特定位置工作时,必须具有较高的定位精度,锚泊式船舶定位受到锚链长度和锚钩抓地作用力的影响,在干扰作用力(海浪、海风和洋流等)作用下,定位精度不高。船舶的动力定位系统包括测量模块、动力分配模块、控制模块等,通过控制器分配船舶自身的动力,使干扰作用力和自身推进力相抵消,提高船舶或海上作业平台的定位精度。本文针对船舶的动力定位系统的定位原理,通过建立干扰力模型和船舶运动模型,设计了一种基于自适应模型控制技术的动力定位控制器。该控制器相对于传统控制器具有更高的控制精度和更短的效应时间,并在实际应用中取得了良好的效果。     

作业水深对浮式半潜平台波浪砰击的影响

结合模型试验,基于数值重构和外推的计算模型,采用时域全耦合分析方法,对浮式半潜平台全水深锚泊系统以及风、浪、流载荷的联合作用进行模拟,针对动力辅助锚泊定位平台与锚泊定位平台在不同作业水深下的波浪砰击进行对比研究。研究结果表明:浮式半潜平台关注点处波浪砰击次数受作业水深的影响敏感。平台在同等环境工况下,关注点处负气隙以及波浪砰击次数随着作业水深的增加而加剧。动力辅助锚泊定位平台较之于锚泊定位平台的随动性更好,可有效减小平台与水质点的相对运动,作业水深变化引起的动力辅助锚泊定位平台同一关注点的砰击次数、气隙变化以及改善幅值明显优于锚泊定位平台。在平台设计过程中,作业水深对平台气隙和波浪砰击的影响应引起重视。     

作业水深对浮式半潜平台波浪砰击的影响

结合模型试验,基于数值重构和外推的计算模型,采用时域全耦合分析方法,对浮式半潜平台全尺寸锚泊系统以及风、浪、流载荷的联合作用进行模拟,针对动力辅助锚泊定位平台与锚泊定位平台在不同作业水深下的波浪砰击进行对比研究。研究结果表明：浮式半潜平台关注点处波浪砰击次数受作业水深的影响敏感。平台在同等环境工况下,关注点处负气隙以及波浪砰击次数随着作业水深的增加而加剧。动力辅助锚泊定位平台较之于锚泊定位平台的随动性更好,可有效减小平台与水质点的相对运动,作业水深变化引起的动力辅助锚泊定位平台同一关注点的砰击次数、气隙变化以及改善幅值明显优于锚泊定位平台。在平台设计过程中,作业水深对平台气隙和波浪砰击的影响应引起重视。     

基于T-S模糊理论的船舶动力定位系统控制器设计

传统船舶和远洋作业平台采用锚泊的定位方式,这种定位方式的稳定性和精度都比较差,难以进行远洋和深海的精确作业。船舶的动力定位技术是利用船舶的推进器和船舶动力控制器等设备,产生具有一定方向和大小的推进作用力和力矩,抵消来自海风、海浪等干扰因素的作用力和力矩,使船舶能够稳定的定位于需要的位置。本文的主要对象是船舶动力定位系统的控制器,系统介绍了T-S模糊控制理论,并基于该控制理论对船舶动力定位系统的控制器进行了优化设计。     

深水半潜式钻井平台锚泊定位系统安装工艺的研究

深水半潜式钻井平台在深海定位时对其整个锚泊系统性能要求非常高,要求锚机在收抛锚以及锚泊定位过程中给锚链提供很高的拉力和刹车力,并要求其控制系统具有齐全的功能、高度自动化控制、完善的报警系统等。然而,复杂的锚泊定位系统,诸多的轴系、齿轮传动机构,致使在海上定位过程中的锚泊设备长期处于承受巨大的作用力的状态。为了确保锚泊定位系统在定位过程中正常工作、保证平台的定位精度,就要求其具有精确的安装精度和完善的安装工艺。论文以深水半潜式钻井平台为例,讨论了整个锚泊定位系统的安装工艺。     

深水钻井平台-隔水管系统波激疲劳分析

平台运动是深水钻井隔水管系统波激疲劳的主要来源之一。传统的隔水管波激疲劳分析不考虑或简化钻井平台运动,为了更精确地评估隔水管系统波激疲劳损伤,建立了深水钻井平台-隔水管耦合系统动力学模型及波激疲劳损伤评估方法,开展了动力定位和锚泊定位模式下的隔水管系统动力学响应及疲劳损伤分析,深入揭示深水钻井隔水管系统波激疲劳动力学特性。结果表明,两种定位模式下的平台-隔水管系统受波浪载荷的影响,在常规波浪频率范围内发生波频振动,锚泊定位模式下的平台-隔水管系统还呈现一定的低频特性;两种定位系统下的深水钻井隔水管系统疲劳损伤最大值均发生在隔水管系统顶部,锚泊定位模式下的隔水管系统波激疲劳损伤变异系数较大,动力定位系统下的隔水管系统波激疲劳损伤较大。     

深水复合锚泊线动力特性比较分析

为了研究复合锚泊线的动力特性,文章对完全相同的两根复合锚泊线,保持其他条件不变,用聚酯纤维系缆代替钢索,使锚泊线顶端张力-静位移特性曲线基本一致,然后采用数值模拟的方法对整根复合锚泊线的动力特性进行比较分析。比较两种复合锚泊线的自振频率、复合刚度和锚泊阻尼。建立复合锚泊线的二维非线性有限元动力分析模型,基于Del Vecchio(1992)提出的经验公式,采用迭代的方法计算复合锚泊线的刚度,比较上部平台分别发生慢漂和波频运动时刚度的变化。锚泊线和海床之间的接触作用基于刚性海床假定,基于Morrison公式计算锚泊线的惯性力和拖曳力荷载,给定上部平台运动时程后在时域范围内进行复合锚泊线的动力分析,通过计算锚泊线从平台运动中吸收的能量,得到锚泊系统的阻尼,比较上部平台分别发生慢漂和波频运动时阻尼的变化。     

海洋半潜式平台多点锚泊系统设计与分析

海洋平台能否准确定位关系到平台能否正常作业。论文以8锚链对称布置半潜式平台为例,应用悬链线方程,编制程序计算了单根锚链的长度,并分析了锚链的静力特性;对多点锚泊定位系统进行了静力分析,计算多点锚泊系统的预张力及在任意偏移角度和位移下的回复力,得到锚泊系统的静力特性和刚度系数。结果表明,该锚泊系统水平回复力的大小与浮体的偏移位移成正比,而方向相反,系泊刚度系数可用于动力分析。该方法可用于其它类型的多点锚泊定位系统的计算分析。     

基于遗传混沌粒子群混合算法的船舶动力定位推力分配研究

针对船舶动力定位系统中一类非线性有约束的推力分配问题,提出了一种以粒子群算法为基础,并引入混沌理论和遗传算法中交叉及变异策略的混合算法。建立以推进系统能耗最小为目标,包括推进器功率消耗、磨损、推力误差等;以推进器推力、方位角的工作范围和变化速率等为约束条件的多变量非线性有约束优化问题。通过仿真表明,该算法能够解决该优化问题,而且能够兼顾船舶推进系统的能耗和操纵性能,有效地提高了船舶动力定位系统的相关性能。     

神经网络在船舶动力定位模拟器控制系统中的应用

随着近海资源日渐枯竭,远洋自然资源的开发和利用技术成为了研究热点。远洋水域深度较大,船舶在采用传统的锚泊式定位时会发生走锚等问题,因此,必须采用动力定位技术。船舶动力定位系统由位置测量、控制器和推进器3部分组成,可以实现精准可靠的海上定位,对船舶和海上作业平台有重要意义。动力定位模拟器是船员进行动力系统操作培训的重要设备,本文结合神经网络算法和相应的数学模型,设计和开发了船舶动力定位模拟器的控制系统。