船舶裝卸作業(yè)時動力定位控制方法研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展,人口逐漸膨脹,污染問題日益突出,人類對能源和資源的需求越來越大。不可再生的陸地資源逐漸減少,促使人類將他們對資源的需求轉向海洋。因為海底大量的石油和天然氣等尚未開采的資源,海洋資源開發(fā)具有極大的潛力。同時世界各個國家為提升自己的國民經(jīng)濟,日益重視海洋資源的開發(fā),甚至開始激烈爭奪。21世紀以來,海洋已經(jīng)逐步成為全球石油的主要來源。近年來,由于世界油價逐漸攀升,各個國家逐漸加大了對海洋油氣資源的開發(fā)利用,而且已經(jīng)達到

2、了前所未有的熱度。
　　起重船是完成海洋工程中船舶裝卸過程的主要工具。裝卸作業(yè)時,起重船受重物影響產(chǎn)生大角度的橫傾和縱傾,直接導致起重操作的復雜性增大,威脅船上工作人員安全。良好的動力定位控制系統(tǒng)能夠提高定位精度,保證起重船作業(yè)時船舶的平穩(wěn)性和安全性,提高作業(yè)效率。
　　本文以“海洋石油201”深水鋪管起重船為研究對象,建立了起重船四自由度模型,包括水平面三自由度數(shù)學模型和橫傾數(shù)學模型,同時為了研究裝卸過程中起重船的橫傾表現(xiàn)

3、,建立了壓載水艙模型。本文將起重船裝卸作業(yè)分為三個過程,分別為起重船從固定平臺起吊負載、起重船負載旋轉和下放負載至另一固定平臺。針對裝卸作業(yè)的特點首先對整個裝卸作業(yè)過程的船舶橫傾表現(xiàn)進行了仿真,得到作業(yè)期間壓載水的變化。分析了整個裝卸作業(yè)過程中由于重物和壓載水導致的船體重心、轉動慣量的變化,考慮了因為船體橫傾而導致的推進器輸出減額并且考慮了海洋環(huán)境中風力和海浪對重物的影響。
　　本文首先基于線性二次型最優(yōu)控制理論,將船舶水平面三自

4、由度模型轉化成適用于狀態(tài)調節(jié)問題的線性低頻狀態(tài)空間模型,設計了起重船裝卸過程最優(yōu)控制器,然后選取了一組加權矩陣,得到裝卸過程中船體會發(fā)生一定的偏移。增大裝卸過程中加權矩陣的誤差權值后,船體偏移量減小,符合控制的要求。
　　變結構控制主要針對系統(tǒng)模型結構不確定性,使系統(tǒng)按照一定的“滑動模態(tài)”的狀態(tài)軌跡進行運動。根據(jù)其這一特性,在控制過程中引入了滑模項,設計了魯棒反演滑?？刂破?。在控制器設計過程中,為保證輸出作用力在推進器限制之內,本