深海石油平臺支援船（osv）動力定位.doc
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深海石油平臺支援船（osv）動力定位,大摘要隨著人類對海洋的開發(fā)不斷向深海擴(kuò)展，傳統(tǒng)的錨泊系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足深海地區(qū)船舶定位的作業(yè)要求，因此，動力定位系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。動力定位的基本作用是保持海洋結(jié)構(gòu)物在某一位置和艏向上，提供穩(wěn)定的作業(yè)環(huán)境，使油氣開采、勘探等各項(xiàng)活動能夠順利進(jìn)行。海洋環(huán)境的最大特點(diǎn)是隨機(jī)性和難預(yù)測性，動力定位的作用是要能抵消外界載荷的低頻作用，...
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大摘要
隨著人類對海洋的開發(fā)不斷向深海擴(kuò)展，傳統(tǒng)的錨泊系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足深海地區(qū)船舶定位的作業(yè)要求，因此，動力定位系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。動力定位的基本作用是保持海洋結(jié)構(gòu)物在某一位置和艏向上，提供穩(wěn)定的作業(yè)環(huán)境，使油氣開采、勘探等各項(xiàng)活動能夠順利進(jìn)行。海洋環(huán)境的最大特點(diǎn)是隨機(jī)性和難預(yù)測性，動力定位的作用是要能抵消外界載荷的低頻作用，防止海洋結(jié)構(gòu)物的慢漂運(yùn)動?，F(xiàn)在，動力定位船已經(jīng)投入應(yīng)用，并且具有比較好的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，顯示了動力定位應(yīng)用的廣闊前景。
本文以鎮(zhèn)江船廠建造的大功率深海石油平臺支援船（OSV）為研究對象，分析了OSV的動力定位系統(tǒng)，主要對動力定位的控制方法進(jìn)行了研究，所研究的動力定位控制方法依賴于準(zhǔn)確的船舶運(yùn)動數(shù)學(xué)模型，因此，首先研究船舶運(yùn)動數(shù)學(xué)模型的特征以及海洋環(huán)境的運(yùn)動數(shù)學(xué)模型，以O(shè)SV為研究對象，根據(jù)OSV的具體特征，建立了OSV的運(yùn)動數(shù)學(xué)模型，并對OSV的操縱性進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真，與實(shí)船試驗(yàn)進(jìn)行對比，驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的正確性，并在此數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上試探性的研究了一種快速定位控制方法，對此方法進(jìn)行了模擬仿真，通過仿真結(jié)果驗(yàn)證了此控制方法的合理性。本文對該OSV的動力定位控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，主要做了以下幾個(gè)方面的工作：
1、研究船舶運(yùn)動與建模的基本理論知識，了解船舶的運(yùn)動特性，船舶運(yùn)動數(shù)學(xué)模型以及海洋環(huán)境的數(shù)學(xué)模型是研究船舶動力定位技術(shù)的基礎(chǔ)，選擇合理的坐標(biāo)系，確定用于控制系統(tǒng)研究和計(jì)算機(jī)模擬仿真船舶運(yùn)動用的數(shù)學(xué)模型，是進(jìn)行研究工作的理論依據(jù)。本文對本船的船型和實(shí)際海況進(jìn)行調(diào)研，分析船舶運(yùn)動與數(shù)學(xué)模型之間的關(guān)系，并研究了海洋環(huán)境的數(shù)學(xué)模型，建立一個(gè)適合OSV的動力定位運(yùn)動數(shù)學(xué)模型，使用MATLAB語言編制了仿真程序，并對仿真計(jì)算結(jié)果與實(shí)船試驗(yàn)進(jìn)行對比，驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型的正確性。
2、討論了OSV動力定位的測量系統(tǒng)，動力定位系統(tǒng)通過測量裝置獲得實(shí)現(xiàn)動力定位功能所必需的船舶位置、艏向、風(fēng)速和風(fēng)向等信息。通過對船舶動力定位的測量系統(tǒng)進(jìn)行分析，討論了位置測量、艏向測量以及風(fēng)速風(fēng)向儀的工作原理，并通過對海洋平臺支援船的分析，得到適合支援船動力定位的測量系統(tǒng)。
3、對動力定位控制系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，并且通過對目前常用的一些控制理論和控制方法的分析，得出了這些控制方法的優(yōu)點(diǎn)與缺陷，根據(jù)OSV在作業(yè)時(shí)的具體特點(diǎn)，試探性的研究了一種快速定位控制方法，并且對該控制方法中需要的一些因素進(jìn)行了研究，最后通過MATLAB軟件對此控制方法進(jìn)行了仿真模擬，從理論上證明了動力定位控制方法的有效性和合理性。
本文通過對該船的仿真研究，得出以下結(jié)論：
1、通過對OSV動力定位運(yùn)動數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真研究，得到了水動力導(dǎo)數(shù)對船舶運(yùn)動的影響，為提高船舶運(yùn)動數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確度提供參考。
2、試探性研究出一種快速定位方法，從仿真結(jié)果看，具有良好的控制效果，滿足OSV作業(yè)時(shí)的定位要求。所做的工作對船舶的定點(diǎn)動力定位控制具有一定的參考價(jià)值，同時(shí)也為進(jìn)一步深入該領(lǐng)域的研究打下了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞 動力定位；控制理論；OSV；數(shù)學(xué)模型；仿真
Abstract
With the continued exploitation of the ocean by human extended to the deep sea, the traditional mooring system can not meet the operational requirements of ship positioning in the deep sea areas, therefore, dynamic positioning system came into being. The basic role of dynamic positioning is to maintain the position and heading of the marine structures, and providing a stable operating environment for the exploration of oil and gas proceed smoothly. The biggest characteristic of the marine environment is unpredictability and random, dynamic positioning is to be able to offset the effect of external low-frequency loads, and prevent the slow drift movement of the marine structures. Now, the dynamic positioning vessel has been put into application, and has a good practicality and economy, shows the broad prospects of the dynamic positioning applications.
In this paper, we have the high-power deep-sea oil platform support vessels (OSV) building by Zhenjiang Shipyard as research object, analysis the OSV's dynamic positioning system, mainly on study of the dynamic positioning control method, the study of dynamic positioning control method relied on accurate ship motion mathematical model, so at first, studied the characteristics of ship motion mathematical model and the mathematical model of marine environment, with the OSV as research object, according to the specific characteristics of OSV, established a mathematical model of OSV's, and simulated the OSV's handling movement, and compared with the real ship test to verify the correctness of the mathematical model and exploratory study a fast positioning control method based on the mathematical model, this method is simulated, the simulation results show the rationality of this control method. This paper have studied the dynamic position control system of the OSV, the main work as follow:
1、Research on the basic theoretical knowledge of ship motion and modeling, to understand the motion characteristics of ships, ship motion mathematical model and the marine environment mathematical model is the basis of dynamic positioning technology, choose the right coordinate system, determine the mathematical model used to control system and Ship motion simulation, it is the theoretical basis for research. In this paper, we have the survey of the ship and the actual sea conditions, analysis of the relationship between ship motion and the mathematical model, and study the mathematical model of the ..
隨著人類對海洋的開發(fā)不斷向深海擴(kuò)展，傳統(tǒng)的錨泊系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足深海地區(qū)船舶定位的作業(yè)要求，因此，動力定位系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。動力定位的基本作用是保持海洋結(jié)構(gòu)物在某一位置和艏向上，提供穩(wěn)定的作業(yè)環(huán)境，使油氣開采、勘探等各項(xiàng)活動能夠順利進(jìn)行。海洋環(huán)境的最大特點(diǎn)是隨機(jī)性和難預(yù)測性，動力定位的作用是要能抵消外界載荷的低頻作用，防止海洋結(jié)構(gòu)物的慢漂運(yùn)動?，F(xiàn)在，動力定位船已經(jīng)投入應(yīng)用，并且具有比較好的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，顯示了動力定位應(yīng)用的廣闊前景。
本文以鎮(zhèn)江船廠建造的大功率深海石油平臺支援船（OSV）為研究對象，分析了OSV的動力定位系統(tǒng)，主要對動力定位的控制方法進(jìn)行了研究，所研究的動力定位控制方法依賴于準(zhǔn)確的船舶運(yùn)動數(shù)學(xué)模型，因此，首先研究船舶運(yùn)動數(shù)學(xué)模型的特征以及海洋環(huán)境的運(yùn)動數(shù)學(xué)模型，以O(shè)SV為研究對象，根據(jù)OSV的具體特征，建立了OSV的運(yùn)動數(shù)學(xué)模型，并對OSV的操縱性進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真，與實(shí)船試驗(yàn)進(jìn)行對比，驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的正確性，并在此數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上試探性的研究了一種快速定位控制方法，對此方法進(jìn)行了模擬仿真，通過仿真結(jié)果驗(yàn)證了此控制方法的合理性。本文對該OSV的動力定位控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，主要做了以下幾個(gè)方面的工作：
1、研究船舶運(yùn)動與建模的基本理論知識，了解船舶的運(yùn)動特性，船舶運(yùn)動數(shù)學(xué)模型以及海洋環(huán)境的數(shù)學(xué)模型是研究船舶動力定位技術(shù)的基礎(chǔ)，選擇合理的坐標(biāo)系，確定用于控制系統(tǒng)研究和計(jì)算機(jī)模擬仿真船舶運(yùn)動用的數(shù)學(xué)模型，是進(jìn)行研究工作的理論依據(jù)。本文對本船的船型和實(shí)際海況進(jìn)行調(diào)研，分析船舶運(yùn)動與數(shù)學(xué)模型之間的關(guān)系，并研究了海洋環(huán)境的數(shù)學(xué)模型，建立一個(gè)適合OSV的動力定位運(yùn)動數(shù)學(xué)模型，使用MATLAB語言編制了仿真程序，并對仿真計(jì)算結(jié)果與實(shí)船試驗(yàn)進(jìn)行對比，驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型的正確性。
2、討論了OSV動力定位的測量系統(tǒng)，動力定位系統(tǒng)通過測量裝置獲得實(shí)現(xiàn)動力定位功能所必需的船舶位置、艏向、風(fēng)速和風(fēng)向等信息。通過對船舶動力定位的測量系統(tǒng)進(jìn)行分析，討論了位置測量、艏向測量以及風(fēng)速風(fēng)向儀的工作原理，并通過對海洋平臺支援船的分析，得到適合支援船動力定位的測量系統(tǒng)。
3、對動力定位控制系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，并且通過對目前常用的一些控制理論和控制方法的分析，得出了這些控制方法的優(yōu)點(diǎn)與缺陷，根據(jù)OSV在作業(yè)時(shí)的具體特點(diǎn)，試探性的研究了一種快速定位控制方法，并且對該控制方法中需要的一些因素進(jìn)行了研究，最后通過MATLAB軟件對此控制方法進(jìn)行了仿真模擬，從理論上證明了動力定位控制方法的有效性和合理性。
本文通過對該船的仿真研究，得出以下結(jié)論：
1、通過對OSV動力定位運(yùn)動數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真研究，得到了水動力導(dǎo)數(shù)對船舶運(yùn)動的影響，為提高船舶運(yùn)動數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確度提供參考。
2、試探性研究出一種快速定位方法，從仿真結(jié)果看，具有良好的控制效果，滿足OSV作業(yè)時(shí)的定位要求。所做的工作對船舶的定點(diǎn)動力定位控制具有一定的參考價(jià)值，同時(shí)也為進(jìn)一步深入該領(lǐng)域的研究打下了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞 動力定位；控制理論；OSV；數(shù)學(xué)模型；仿真
Abstract
With the continued exploitation of the ocean by human extended to the deep sea, the traditional mooring system can not meet the operational requirements of ship positioning in the deep sea areas, therefore, dynamic positioning system came into being. The basic role of dynamic positioning is to maintain the position and heading of the marine structures, and providing a stable operating environment for the exploration of oil and gas proceed smoothly. The biggest characteristic of the marine environment is unpredictability and random, dynamic positioning is to be able to offset the effect of external low-frequency loads, and prevent the slow drift movement of the marine structures. Now, the dynamic positioning vessel has been put into application, and has a good practicality and economy, shows the broad prospects of the dynamic positioning applications.
In this paper, we have the high-power deep-sea oil platform support vessels (OSV) building by Zhenjiang Shipyard as research object, analysis the OSV's dynamic positioning system, mainly on study of the dynamic positioning control method, the study of dynamic positioning control method relied on accurate ship motion mathematical model, so at first, studied the characteristics of ship motion mathematical model and the mathematical model of marine environment, with the OSV as research object, according to the specific characteristics of OSV, established a mathematical model of OSV's, and simulated the OSV's handling movement, and compared with the real ship test to verify the correctness of the mathematical model and exploratory study a fast positioning control method based on the mathematical model, this method is simulated, the simulation results show the rationality of this control method. This paper have studied the dynamic position control system of the OSV, the main work as follow:
1、Research on the basic theoretical knowledge of ship motion and modeling, to understand the motion characteristics of ships, ship motion mathematical model and the marine environment mathematical model is the basis of dynamic positioning technology, choose the right coordinate system, determine the mathematical model used to control system and Ship motion simulation, it is the theoretical basis for research. In this paper, we have the survey of the ship and the actual sea conditions, analysis of the relationship between ship motion and the mathematical model, and study the mathematical model of the ..
