大摘要
隨著人類對海洋的開發(fā)不斷向深海擴展，傳統(tǒng)的錨泊系統(tǒng)已經不能滿足深海地區(qū)船舶定位的作業(yè)要求，因此，動力定位系統(tǒng)應運而生。動力定位的基本作用是保持海洋結構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、勘探等各項活動能夠順利進行。海洋環(huán)境的最大特點是隨機性和難預測性，動力定位的作用是要能抵消外界載荷的低頻作用，防止海洋結構物的慢漂運動?，F(xiàn)在，動力定位船已經投入應用，并且具有比較好的實用性和經濟性，顯示了動力定位應用的廣闊前景。
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行了研究，所研究的動力定位控制方法依賴于準確的船舶運動數(shù)學模型，因此，首先研究船舶運動數(shù)學模型的特征以及海洋環(huán)境的運動數(shù)學模型，以OSV為研究對象，根據OSV的具體特征，建立了OSV的運動數(shù)學模型，并對OSV的操縱性進行了計算機仿真，與實船試驗進行對比，驗證了數(shù)學模型的正確性，并在此數(shù)學模型的基礎上試探性的研究了一種快速定位控制方法，對此方法進行了模擬仿真，通過仿真結果驗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)進行了研究，主要做了以下幾個方面的工作：
1、研究船舶運動與建模的基本理論知識，了解船舶的運動特性，船舶運動數(shù)學模型以及海洋環(huán)境的數(shù)學模型是研究船舶動力定位技術的基礎，選擇合理的坐標系，確定用于控制系統(tǒng)研究和計算機模擬仿真船舶運動用的數(shù)學模型，是進行研究工作的理論依據。本文對本船的船型和實際海況進行調研，分析船舶運動與數(shù)學模型之間的關系，并研究了海洋環(huán)境的數(shù)學模型，建立一個適合OSV的動力定位運動數(shù)學模型，使用MATLAB語言編制了仿真程序，并對仿真計算結果與實船試驗進行對比，驗證數(shù)學模型的正確性。
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現(xiàn)動力定位功能所必需的船舶位置、艏向、風速和風向等信息。通過對船舶動力定位的測量系統(tǒng)進行分析，討論了位置測量、艏向測量以及風速風向儀的工作原理，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)點與缺陷，根據OSV在作業(yè)時的具體特點，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行了研究，最后通過MATLAB軟件對此控制方法進行了仿真模擬，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，得出以下結論：
1、通過對OSV動力定位運動數(shù)學模型進行仿真研究，得到了水動力導數(shù)對船舶運動的影響，為提高船舶運動數(shù)學模型準確度提供參考。
2、試探性研究出一種快速定位方法，從仿真結果看，具有良好的控制效果，滿足OSV作業(yè)時的定位要求。所做的工作對船舶的定點動力定位控制具有一定的參考價值，同時也為進一步深入該領域的研究打下了基礎。

關鍵詞 動力定位；控制理論；OSV；數(shù)學模型；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 ..