动力定位系统的定位精度与功率优化研究

发布时间：2017-07-27 05:08

  本文关键词：动力定位系统的定位精度与功率优化研究

  更多相关文章： 动力定位 定位精度优化 功率消耗优化 加速度反馈 禁止角 锚泊辅助动力定位

【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。
【关键词】：动力定位 定位精度优化 功率消耗优化 加速度反馈 禁止角 锚泊辅助动力定位
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U664.82
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 引言12-14
• 1.2 动力定位系统简介14-20
• 1.2.1 动力定位系统发展史14-15
• 1.2.2 动力定位系统基本原理15
• 1.2.3 动力定位系统组成15-17
• 1.2.4 动力定位系统的分级17-18
• 1.2.5 动力定位系统分类18-20
• 1.3 本文研究内容20-21
• 1.3.1 研究内容20
• 1.3.2 创新点20-21
• 1.4 本章小结21-22
• 第二章 动力定位系统时域模拟原理22-50
• 2.1 引言22-23
• 2.2 运动方程及坐标系定义23-26
• 2.2.1 地球参考坐标系23
• 2.2.2 大地坐标系23-24
• 2.2.3 随体坐标系24
• 2.2.4 耐波性坐标系24-25
• 2.2.5 大地坐标系和随体坐标系的转换25-26
• 2.2.6 大地坐标系和耐波性坐标系的转换26
• 2.3 海上浮体的外部受力26-39
• 2.3.1 风力26-28
• 2.3.2 流力28-29
• 2.3.3 波浪力29-37
• 2.3.4 锚链系泊力37
• 2.3.5 推力器推力37-38
• 2.3.6 阻尼力38-39
• 2.4 质量-阻尼-刚度系统39-41
• 2.5 耐波性模型与操纵性模型结合41-44
• 2.5.1 耐波性模型41-42
• 2.5.2 操纵性模型42-43
• 2.5.3 两种模型结合43-44
• 2.6 运动控制系统的稳定性与操纵性44-49
• 2.6.1 不稳定系统45-46
• 2.6.2 直线稳定性46-47
• 2.6.3 方向稳定性47
• 2.6.4 位置稳定性47-49
• 2.7 本章小结49-50
• 第三章 动力定位失效模式优化50-63
• 3.1 引言50
• 3.2 动力定位常用推力器种类50-53
• 3.2.1 主推力器51
• 3.2.2 槽道推力器51-52
• 3.2.3 全回转推力器52-53
• 3.2.4 吊舱推力器53
• 3.3 推进器水动力干扰53-55
• 3.3.1 桨-船干扰53-54
• 3.3.2 桨-桨干扰54-55
• 3.4 禁止角55-56
• 3.5 数值计算实例56-62
• 3.5.1 数值计算56-58
• 3.5.2 动力定位系统失效模式分析58-60
• 3.5.3 失效模式下的定位精度优化60-62
• 3.6 本章小结62-63
• 第四章 锚泊辅助动力定位系统优化63-74
• 4.1 引言63-64
• 4.2 数值计算64-72
• 4.2.1 计算模型64
• 4.2.2 不采取任何措施64-67
• 4.2.3 采取措施一67-70
• 4.2.4 采取措施二70-71
• 4.2.5 两种措施相结合71-72
• 4.3 本章小结72-74
• 第五章 动力定位控制系统优化74-101
• 5.1 引言74
• 5.2 滤波器与非线性观测器设计74-86
• 5.2.1 低通滤波75-77
• 5.2.2 陷波滤波器77-80
• 5.2.3 非线性无源观测器设计80-86
• 5.3 PID 控制方法86-88
• 5.3.1 PID 介绍86-87
• 5.3.2 PID 参数设置87-88
• 5.4 加速度反馈88-100
• 5.4.1 控制系统的反馈与前馈88-89
• 5.4.2 加速度反馈89-91
• 5.4.3 数值模拟91-100
• 5.5 本章小结100-101
• 第六章 结论与展望101-103
• 6.1 全文总结101-102
• 6.2 展望102-103
• 参考文献103-108
• 致谢108-109
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文109-110
• 攻读硕士学位期间申请的专利情况110

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 孙攀;王磊;王亮;;深水半潜平台锚泊辅助动力定位系统功率消耗研究[J];海洋工程;2010年03期

2 周利;王磊;;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[J];船海工程;2009年04期

本文编号：579890