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海上分体自升式钻井平台对接过程监测系统研究

作　者: 李金亮
导　师: 周以琳
学　校: 青岛科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 分体自升式平台虚拟仪器小波滤波 LABVIEW 实时监测
分类号: TP274.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 43次
引　用: 1次
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内容摘要

本文依托于国家863计划资助项目“分体自升式新型平台对接就位关键技术研究”(项目编号:2007AA09Z302),通过深入研究现有的海上钻井平台,开发研制一套用于分体自升式平台对接过程的实时监测系统。自升式钻井平台是目前世界上广泛采用的海洋钻井装备之一,主要是在滩涂和浅海区域作业,但是随着水深的增加,桩腿长度及刚性要求都要增加,重量重心、占用的作业甲板面积及所受风浪载荷都相应增加。受拖航稳性、结构刚度等影响,在这种模式下继续增加作业水深已经非常困难。为了逐步向深浅海迈进,研发经济性能好的深浅海钻井平台——分体自升式平台,解决现有自升式平台造价随水深加大而急剧上升的问题,是一种有益尝试。分体自升式平台主要由平台上下箱体、升降桩腿、对接引导装置、压载系统等构成。平台在对接过程中,必然会受到浪、流等海洋环境因素的影响,除此以外,平台下体还会受水面线突变过程和地基倾斜等因素影响。为了实现分体自升式平台安全精确对接,对水下平台对接过程进行实时动态监控是尤其重要的。随着传感检测技术、计算机技术的高速发展,本文借助STC单片机设计下位机硬件采集系统,在上位机命令下将采集的数据实时送上位机处理。上位机采用LABVIEW软件编程,运用小波分析的方法,有效的对平台检测信号进行去噪处理,提取有效信号。同时运用LABVIEW中的三维图形控件制作平台模型,将下位机采集的有用信号与三维平台模型相桥连,可方便的对分体式平台对接过程中的姿态、相对位置以及引导索受力状态,当前时间、温度等参数进行实时跟踪、三维动态显示并存储运行曲线,不仅对对接过程进行准确和直观地评价,而且其操作过程中的受力情况将直接影响这一理念的技术可行性,因此具有重要意义。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-14
  1.1 课题研究背景及意义  11-12
  1.2 国内外研究概况及发展趋势  12-13
  1.3 本文的主要研究对象及内容  13-14
第2章平台监测系统的总体方案设计  14-25
  2.1 技术指标  14-17
    2.1.1 分体式平台结构指标  14-16
    2.1.2 监测信号技术指标  16
    2.1.3 监测系统应满足的要求  16-17
  2.2 传感器选择  17-23
    2.2.1 姿态信号监测  18-19
    2.2.2 拉力信号监测  19-21
    2.2.3 温度信号监测  21-22
    2.2.4 水深信号监测  22-23
  2.3 系统体系结构  23-25
第3章分体式平台对接监测系统的下位机设计  25-45
  3.1 处理器的选择  26-30
  3.2 电源模块  30
  3.3 时钟设计电路  30-31
  3.4 A/D 转换模块  31-35
    3.4.1 A/D 转换电路的技术指标  31-32
    3.4.2 A/D 转换电路的选择  32-33
    3.4.3 A/D 配置  33-35
  3.5 串行通讯模块  35-40
    3.5.1 串口通信  35-36
    3.5.2 单片机与PC 机串口通信  36-37
    3.5.3 串行通讯配置  37-40
  3.6 PCB 抗干扰规则  40-41
  3.7 单片机主程序设计  41-45
第4章平台检测数据的噪声处理  45-58
  4.1 一般噪声特性  45-47
  4.2 传统滤波方法  47-48
    4.2.1 信号的预处理  47
    4.2.2 经典滤波方法  47-48
  4.3 平台检测信号与小波滤波方法的关系  48-49
  4.4 小波分析技术  49-53
    4.4.1 小波发展历程  49
    4.4.2 小波变换的基本理论  49-50
    4.4.3 多分辨率分析  50-52
    4.4.4 Mallat 算法  52-53
  4.5 小波域阈值滤波方法  53-56
  4.6 基于LABVIEW 的数据去噪功能设计  56-58
第5章基于虚拟仪器的平台监测系统开发  58-76
  5.1 LABVIEW 概述  58-60
  5.2 监测系统程序的总体设计  60-62
    5.2.1 系统总体设计  60-61
    5.2.2 系统主面板的设计  61-62
  5.3 三维平台图形设计  62-64
  5.4 系统软件功能的实现  64-76
    5.4.1 数据采集模块  65-66
    5.4.2 数据分析模块  66-67
    5.4.3 数据处理模块  67-73
    5.4.4 数据存储模块  73
    5.4.5 数据输出模块  73-76
第6章平台对接监测系统的性能测试实验  76-81
  6.1 操作步骤  76-79
  6.2 使用效果及实验数据  79-81
总结与展望  81-83
参考文献  83-86
附录主单片机部分源代码  86-93
致谢  93-94
攻读学位期间发表的学术论文和参加科研情况说明  94-95

海上分体自升式钻井平台对接过程监测系统研究

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