海上石油钻井平台动力定位的多维泰勒网优化控制
发布时间：2021-05-17 05:14
海洋中存储着大量的石油资源,随着人类对石油需求量的快速增加,研究海上石油开采技术就显得愈加重要。传统海上石油钻井平台使用锚泊定位的方式,适合浅水区作业。但随着水深的增加,锚链的成本会提高,定位精度也会降低。本文采用动力定位技术,其定位精度不受水深影响。钻井平台在海洋中受到环境干扰时会偏离设定位置,控制系统根据测量值和设定值的偏差,计算出让平台回到设定位置所需的推力,最后采用推力分配算法确定每个推进器的相关参数,从而使平台稳定在设定艏向和位置上。本文以非线性钻井平台模型为研究对象,提出了基于多维泰勒网优化控制的动力定位控制方法,并与传统的PID优化控制,和既需要被控对象精确机理模型又需要精确干扰测量的反步法优化控制相比较,在仿真结果的基础上给出各自的优缺点。本文主要工作包括以下几点:1.建立钻井平台数学模型。根据动力定位系统的要求,建立纵荡、横荡和艏摇三自由度的平台模型,包括低频和高频运动模型。分析风、浪和流等外界扰动对平台的影响,并为它们创建数学模型。2.设计卡尔曼滤波器。平台高频运动不会改变平均位置和艏向,而低频运动会使平台产生偏移,所以为了降低推进器的损耗,需要剔除高频信号的影响。...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 动力定位系统简介
1.2.1 动力定位系统的功能
1.2.2 动力定位系统的组成
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国内外控制算法研究现状
1.3.2 国内外推力分配算法研究现状
1.4 课题的主要内容与论文结构
第二章 动力定位系统数学模型
2.1 运动坐标系及坐标变换
2.2 操纵方程
2.3 平台运动模型
2.3.1 低频运动模型
2.3.2 高频运动模型
2.4 环境干扰模型
2.4.1 风的模型
2.4.2 浪的模型
2.4.3 流的模型
2.5 本章小结
第三章 卡尔曼滤波器设计
3.1 卡尔曼滤波原理
3.1.1 卡尔曼滤波简介
3.1.2 卡尔曼滤波原理
3.2 动力定位系统卡尔曼滤波器设计
3.3 滤波结果与分析
3.4 本章小结
第四章 动力定位系统控制器设计
4.1 单纯形法
4.1.1 单纯形法原理
4.1.2 改进单纯形法
4.2 PID控制器
4.2.1 PID简介与仿真
4.2.2 PID控制分析
4.3 反步法控制器设计
4.3.1 李雅普诺夫稳定性理论
4.3.2 反步法简介
4.3.3 控制器设计
4.3.4 反步法控制分析
4.4 多维泰勒网控制器设计
4.4.1 多维泰勒网简介
4.4.2 控制器设计
4.4.3 多维泰勒网控制分析
4.5 本章小结
第五章 基于模拟退火的推力分配研究
5.1 推力分配数学模型
5.1.1 推进器的选择与安装
5.1.2 推力分配目标
5.1.3 推力分配约束条件
5.1.4 推进器的禁区与死区
5.2 基于模拟退火的推力分配研究
5.2.1 模拟退火算法
5.2.2 推力分配研究
5.3 本章小结
第六章 系统仿真平台设计
6.1 动力定位系统仿真平台设计
6.2 无一阶波浪干扰力仿真实验
6.2.1 PID控制器仿真
6.2.2 反步法控制器仿真
6.2.3 多维泰勒网控制仿真
6.2.4 控制效果对比
6.3 仿真对比实验
6.3.1 功能介绍
6.3.2 对比实验
6.3.3 极限实验
6.4 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 主要工作与结果总结
7.1.1 主要工作
7.1.2 结果总结
7.2 下一步工作展望
致谢
参考文献
发表论文列表
【参考文献】：
期刊论文
[1]海洋石油981平台动力学仿真教学系统开发[J]. 刘秀全,陈国明,马秀梅,畅元江. 实验技术与管理. 2017(12)
[2]船舶动力定位自适应滤波器设计[J]. 樊冀生,袁伟,李文娟,金月. 舰船科学技术. 2017(19)
[3]半潜式海洋平台动力定位的动态面自抗扰控制[J]. 和红磊,王玉龙. 舰船科学技术. 2017(19)
[4]基于滑模控制算法的船舶动力定位系统控制仿真研究[J]. 孙好好,肖健梅,王锡淮. 船电技术. 2015(08)
[5]基于模拟退火算法求解VRPSPDTW问题[J]. 王超,穆东. 系统仿真学报. 2014(11)
[6]基于小波和多维泰勒网动力学模型的金融时间序列预测[J]. 周博,严洪森. 系统工程理论与实践. 2013(10)
[7]船舶动力定位仿真系统设计[J]. 吴楠,陈红卫. 舰船科学技术. 2013(05)
[8]深水钻井平台动力定位的推力分配研究[J]. 王芳,潘再生,万磊,徐玉如. 船舶力学. 2013(Z1)
[9]Kalman滤波中连续系统离散化的计算机实现[J]. 张力军,钱山,蔡洪,张士峰. 飞行器测控学报. 2010(02)
[10]工程船锚泊动力定位系统设计与仿真分析[J]. 崔宏林,薛开,王威远. 机械工程师. 2010(04)
博士论文
[1]船舶动力定位的智能控制及推力分配研究[D]. 刘洋.大连海事大学 2013
[2]半潜船动力定位控制系统建模和仿真研究[D]. 刘芙蓉.武汉理工大学 2011
硕士论文
[1]基于多维泰勒网优化控制的舰船减摇三维仿真[D]. 张鹏.东南大学 2017
[2]打击静态目标面对称巡航导弹飞行的多维泰勒网优化控制[D]. 刘希鹏.东南大学 2017
[3]基于多维泰勒网优化控制的固定翼飞机飞行三维仿真[D]. 胡春鹏.东南大学 2017
[4]不规则路面坦克高速行进间发射的多维泰勒网优化控制及外弹道仿真[D]. 李东晓.东南大学 2017
[5]打击静态目标的轴对称巡航导弹飞行的多维泰勒网优化控制研究[D]. 夏凌晨.东南大学 2016
[6]飞机飞行的多维泰勒网优化控制研究与仿真[D]. 周煜.东南大学 2016
[7]坦克高速行进间发射的多维泰勒网优化控制研究与仿真[D]. 金涛.东南大学 2016
[8]舰船减摇的多维泰勒网优化控制研究[D]. 杨杨.东南大学 2016
[9]BP神经网络PID控制在船舶动力定位系统中的应用[D]. 周春光.大连海事大学 2016
[10]基于RBF神经网络的减摇鳍模糊控制器设计[D]. 孙帅.大连海事大学 2016
本文编号：3191149
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 动力定位系统简介
1.2.1 动力定位系统的功能
1.2.2 动力定位系统的组成
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国内外控制算法研究现状
1.3.2 国内外推力分配算法研究现状
1.4 课题的主要内容与论文结构
第二章 动力定位系统数学模型
2.1 运动坐标系及坐标变换
2.2 操纵方程
2.3 平台运动模型
2.3.1 低频运动模型
2.3.2 高频运动模型
2.4 环境干扰模型
2.4.1 风的模型
2.4.2 浪的模型
2.4.3 流的模型
2.5 本章小结
第三章 卡尔曼滤波器设计
3.1 卡尔曼滤波原理
3.1.1 卡尔曼滤波简介
3.1.2 卡尔曼滤波原理
3.2 动力定位系统卡尔曼滤波器设计
3.3 滤波结果与分析
3.4 本章小结
第四章 动力定位系统控制器设计
4.1 单纯形法
4.1.1 单纯形法原理
4.1.2 改进单纯形法
4.2 PID控制器
4.2.1 PID简介与仿真
4.2.2 PID控制分析
4.3 反步法控制器设计
4.3.1 李雅普诺夫稳定性理论
4.3.2 反步法简介
4.3.3 控制器设计
4.3.4 反步法控制分析
4.4 多维泰勒网控制器设计
4.4.1 多维泰勒网简介
4.4.2 控制器设计
4.4.3 多维泰勒网控制分析
4.5 本章小结
第五章 基于模拟退火的推力分配研究
5.1 推力分配数学模型
5.1.1 推进器的选择与安装
5.1.2 推力分配目标
5.1.3 推力分配约束条件
5.1.4 推进器的禁区与死区
5.2 基于模拟退火的推力分配研究
5.2.1 模拟退火算法
5.2.2 推力分配研究
5.3 本章小结
第六章 系统仿真平台设计
6.1 动力定位系统仿真平台设计
6.2 无一阶波浪干扰力仿真实验
6.2.1 PID控制器仿真
6.2.2 反步法控制器仿真
6.2.3 多维泰勒网控制仿真
6.2.4 控制效果对比
6.3 仿真对比实验
6.3.1 功能介绍
6.3.2 对比实验
6.3.3 极限实验
6.4 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 主要工作与结果总结
7.1.1 主要工作
7.1.2 结果总结
7.2 下一步工作展望
致谢
参考文献
发表论文列表
【参考文献】：
期刊论文
[1]海洋石油981平台动力学仿真教学系统开发[J]. 刘秀全,陈国明,马秀梅,畅元江. 实验技术与管理. 2017(12)
[2]船舶动力定位自适应滤波器设计[J]. 樊冀生,袁伟,李文娟,金月. 舰船科学技术. 2017(19)
[3]半潜式海洋平台动力定位的动态面自抗扰控制[J]. 和红磊,王玉龙. 舰船科学技术. 2017(19)
[4]基于滑模控制算法的船舶动力定位系统控制仿真研究[J]. 孙好好,肖健梅,王锡淮. 船电技术. 2015(08)
[5]基于模拟退火算法求解VRPSPDTW问题[J]. 王超,穆东. 系统仿真学报. 2014(11)
[6]基于小波和多维泰勒网动力学模型的金融时间序列预测[J]. 周博,严洪森. 系统工程理论与实践. 2013(10)
[7]船舶动力定位仿真系统设计[J]. 吴楠,陈红卫. 舰船科学技术. 2013(05)
[8]深水钻井平台动力定位的推力分配研究[J]. 王芳,潘再生,万磊,徐玉如. 船舶力学. 2013(Z1)
[9]Kalman滤波中连续系统离散化的计算机实现[J]. 张力军,钱山,蔡洪,张士峰. 飞行器测控学报. 2010(02)
[10]工程船锚泊动力定位系统设计与仿真分析[J]. 崔宏林,薛开,王威远. 机械工程师. 2010(04)
博士论文
[1]船舶动力定位的智能控制及推力分配研究[D]. 刘洋.大连海事大学 2013
[2]半潜船动力定位控制系统建模和仿真研究[D]. 刘芙蓉.武汉理工大学 2011
硕士论文
[1]基于多维泰勒网优化控制的舰船减摇三维仿真[D]. 张鹏.东南大学 2017
[2]打击静态目标面对称巡航导弹飞行的多维泰勒网优化控制[D]. 刘希鹏.东南大学 2017
[3]基于多维泰勒网优化控制的固定翼飞机飞行三维仿真[D]. 胡春鹏.东南大学 2017
[4]不规则路面坦克高速行进间发射的多维泰勒网优化控制及外弹道仿真[D]. 李东晓.东南大学 2017
[5]打击静态目标的轴对称巡航导弹飞行的多维泰勒网优化控制研究[D]. 夏凌晨.东南大学 2016
[6]飞机飞行的多维泰勒网优化控制研究与仿真[D]. 周煜.东南大学 2016
[7]坦克高速行进间发射的多维泰勒网优化控制研究与仿真[D]. 金涛.东南大学 2016
[8]舰船减摇的多维泰勒网优化控制研究[D]. 杨杨.东南大学 2016
[9]BP神经网络PID控制在船舶动力定位系统中的应用[D]. 周春光.大连海事大学 2016
[10]基于RBF神经网络的减摇鳍模糊控制器设计[D]. 孙帅.大连海事大学 2016
本文编号：3191149
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shiyounenyuanlunwen/3191149.html
