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深水浮式结构动力定位能力动态分析

作　者: 乔晓国
导　师: 罗勇；孙丽萍
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 动力定位浮式结构定位能力动态分析
分类号: U661.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 143次
引　用: 1次
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内容摘要

动力定位系统正在逐渐替代传统锚泊系统作为深海浮式结构的主要定位方式,将在深水海洋科考、海洋油气资源开发等诸多领域有非常广泛的应用前景。但只有国外少数机构拥有自主知识产权的动力定位系统仿真、分析软件,在该领域处于垄断地位,国内尚无成熟软件可以使用。本文根据动力定位系统的工作原理及构成对其进行动态模拟。首先从船舶3自由度操纵性方程出发,逐步线性化得到适合动力定位设计的船舶低频运动模型。将船舶运动高频运动等效为一阶波浪运动,通过白噪声驱动四阶有色噪声滤波器来模拟船舶的高频运动,并建立相应模型。从船级社规范推荐方法及Hydrostar计算结果出发,寻求更适合对动力定位能力分析的的风、浪、流载荷计算方法。选择Kalman滤波器来处理未建模噪声、量测噪声以及高频信号,对船舶运动状态进行最优估计;使用LQR来对各状态分量进行反馈控制。讨论并给出了分别适合半潜平台和FPSO推进器分布形式的推力分配逻辑。本文使用MATLAB语言编写动力定位能力动态分析程序,可对相应船舶或平台在给定海况下,对从初始状态到末时刻状态的运动过程进行模拟。最后给出模拟时间段内的船舶运动时历曲线和各推进器推力时历曲线。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-17
  1.1 课题研究背景  11-12
  1.2 动力定位系统介绍  12-14
  1.3 国内外研究现状  14-16
  1.4 论文研究内容  16-17
第2章船舶运动数学模型  17-31
  2.1 坐标系的建立  17-18
  2.2 船舶低频运动模型  18-22
    2.2.1 连续型模型  19-21
    2.2.2 连续模型的离散化  21-22
  2.3 船舶高频运动模型  22-29
    2.3.1 海浪成形滤波器  23-25
    2.3.2 计算海浪成形滤波器  25-27
    2.3.3 根据传递函数建立状态空间模型  27-29
  2.4 综合的船舶运动模型  29-30
  2.5 本章小结  30-31
第3章环境载荷模型及其计算  31-42
  3.1 风载荷  31-32
  3.2 流载荷  32-36
    3.2.1 半潜平台流载荷计算  33
    3.2.2 船形浮式结构流载荷计算  33-36
  3.3 波浪二阶慢漂力  36-41
    3.3.1 模型试验系数法  36-38
    3.3.2 理论方法  38-41
  3.4 本章小结  41-42
第4章 Kalman 滤波和线性二次最优控制理论  42-54
  4.1 Kalman 滤波理论  42-46
    4.1.1 Kalman 滤波器简介  42-44
    4.1.2 Kalman 滤波公式  44-46
  4.2 线性二次最优控制  46-48
    4.2.1 线性二次最优控制问题  46-47
    4.2.2 船舶动力定位系统的控制问题  47-48
  4.3 推力分配  48-52
    4.3.1 影响因素  48-50
    4.3.2 推力分配逻辑  50-52
  4.4 本章小结  52-54
第5章动力定位能力动态分析程序  54-69
  5.1 程序实现  54-56
  5.2 算例参数设置  56-57
  5.3 程序调试结果  57-68
  5.4 本章小结  68-69
结论  69-71
参考文献  71-75
致谢  75-76
附录  76-111
  附录A  76-78
  附录B  78-86
  附录C  86-90
  附录D  90-93
  附录E  93-95
  附录F  95-98
  附录G  98-100
  附录H  100-103
  附录I  103-105
  附录J  105-109
  附录K  109-111

深水浮式结构动力定位能力动态分析

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