基于动力定位的沙漏型FDPSO运动控制方法研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:youlishi
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
浮式钻井生产储卸油系统(Floating,Drilling,Production,Storage and Offloading unit,简称FDPSO)是一种集钻井、生产、储卸油等多功能一体化的深水油田开发新型装备。其中,圆筒型FDPSO浮体虽然克服了船型浮体对浪向敏感等缺陷,但是在波浪环境中存在垂荡运动幅度较大等性能局限。鉴于上述问题,一种具有优异水动力性能的新概念沙漏型浮体被提出。在此基础上形成的沙漏型FDPSO具有较强的海洋环境适应能力,为超浅海、深海及超深海等海洋油气开采提供有利支撑。当沙漏型FDPSO在深水及超深水复杂海洋环境中作业时,由于钻井工艺对浮体定位精度具有较高要求,因此需要采用定位精度高、不受工作水深限制的动力定位技术进行运动控制。其中,定位精度和燃料消耗是限制动力定位系统应用的关键问题。本文将基于沙漏型FDPSO浮体特殊的外形特点,以提高定位精度和降低能耗为出发点,开展浮体的运动控制方法研究。主要研究内容如下:(1)动力定位条件下沙漏型FDPSO运动性能和运动控制方法基础研究。首先,采用沙漏型FDPSO浮体缩尺模型开展运动性能的水池试验研究,发现沙漏型FDPSO浮体纵摇固有频率较小,与动力定位作用下的纵荡固有频率相接近。其次,开展动力定位条件下沙漏型浮体纵荡-垂荡-纵摇耦合运动研究,发现动力定位条件下沙漏型FDPSO浮体的纵荡运动和纵摇运动的耦合效应显著。然后,开展沙漏型浮体纵荡-纵摇耦合运动控制方法基础研究,以控制浮体初稳性高来减弱纵荡-纵摇耦合运动效应为出发点,研究在沙漏型浮体纵荡控制力中考虑纵摇回复刚度的控制方法(简称“线性PID控制方法”(proportional-integral-differential control,PID))。进而形成沙漏型浮体动力定位系统中控制方法的研究基础。(2)动力定位条件下沙漏型FDPSO运动控制方法研究,建立基于分段设计的自适应模糊PID控制方法。首先,在沙漏型浮体纵荡控制力中考虑纵摇回复刚度的控制方法的基础上,研究基于浮体纵荡运动位置和方向性的分段PID控制方法(简称“分段PID控制方法”)。进一步引入模糊控制方法,研究将纵荡比例控制项作为输出量的单输出自适应模糊PID控制方法(简称“单输出模糊PID控制方法”)和将纵荡和纵摇比例控制项同时作为输出量的双输出自适应模糊PID控制方法(简称“双输出模糊PID控制方法”)。在“线性PID控制方法”、“分段PID控制方法”、“单输出模糊PID控制方法”以及“双输出模糊PID控制方法”等四种控制方法中,在定位效果方面,四种控制方法均能满足沙漏型浮体的定位精度要求;在能耗方面,双输出模糊PID控制方法的能耗最优,单输出模糊PID控制方法次之,线性PID控制方法能耗最高。(3)风倾力矩作用下沙漏型FDPSO平均纵摇角问题及动力定位控制方法研究。理论研究结果表明,风载荷作用于沙漏型FDPSO,风倾力矩使浮体纵倾,即导致纵摇运动的平均纵摇角问题。现行动力定位系统可提供的水平面内的运动控制推力无法解决平均纵摇角问题。本文提出并研究了基于纵摇风倾力矩前馈的控制方法:基于消除平均纵摇角的功能需求提出了正交两向平面内全回转推进器和空间全方位回转推进器;进一步,研究了基于纵摇风倾力矩前馈控制的运动控制推力分配策略。研究结果表明:与传统全回转推进器和可伸缩全冋转推进器相比,采用上述方法以及新型动力定位推进器不仅可以解决沙漏型FDPSO浮体在风倾力矩下出现的较大平均纵摇角问题,而且具有较低的能耗。其中,空间全方位冋转推进器的能耗最低,正交两向平面内全回转推进器的能耗次之。(4)动力定位条件下沙漏型FDPSO艏摇失稳问题研究。动力定位推进器的安装位置偏差将导致纵荡运动控制推力指向偏离浮体重心,进而形成浮体艏摇运动激励。首先,基于规范允许的动力定位推进器组安装偏差限值,建立了动力定位条件下沙漏型浮体1.5自由度艏摇非线性运动方程,并开展了沙漏型浮体在纵荡控制推力激励下的艏摇运动性能研究;研究结果表明,沙漏型FDPSO浮体的回转体外形导致较小的艏摇运动阻尼,动力定位推进器安装偏差形成的艏摇运动激励力矩可能会导致沙漏型浮体艏摇运动失稳而产生大幅艏摇运动响应。其次,分别采用多尺度法、LP(Lindstedt-Poincare)方法以及Runge-Kutta方法,针对最优艏向控制和艏向保持控制等两种实际工程中常见的动力定位模式,研究不同因素对沙漏型FDPSO浮体艏摇运动性能的影响;通过对比上述两种定位模式可以发现,在风、浪、流入射方向较稳定时,最优艏向控制模式在浮体艏摇运动稳定后所需的推力要小于艏向保持控制模式;但是,浮体艏向角变化相对较大,因此,针对艏摇运动定位要求较高的作业工况,应该采用艏向控制模式。
其他文献
随着便携式设备、绿色能源和电动汽车的快速发展,开发高能量密度的安全储能设备变得越来越重要。锂离子电池因其高电压、无记忆效应、重量轻、体积小、低维护成本和自放电率低等优点成为可持续发展能源的首选之一。如今,通过混合不同的化合物来合成异质结构改善材料的理化性能是关注的焦点。双金属氧化物和硫化物由于更高的导电性以及协同效应在锂离子存储中表现突出成为目前研究热点。本文以Zn-Co双金属氧化物和硫化物为主要
目的:通过24例回顾性病例评价强化母乳与液态奶在早产极低出生体重儿住院期间短期生长、营养状况的不同影响比较。方法:出生孕周≤34周,出生体重≤1 500 g的24例早产儿分为强
<正>刮痧疗法是中医学“非药物疗法”之佼佼者,1999年3月1日被国家中医药管理局列为国家级继续教育项目。2002年6月14日国家主席胡锦涛同志指出在:“刮痧是祖国传统文化,应该
会议
南非位于非洲大陆的最南端,是非洲第二大经济体,经济相对稳定,国民拥有很高的生活水平。南非的急救医疗服务体系有政府模式和私立模式两种,旨在提供紧急救护服务,包括医院紧
在教育改革不断推进的大背景下,高等职业教育一直在进行积极的改革工作,教育水平得到了充分发展和提高,为给社会培养出更多高素质且适合社会发展需求的专业性、技术技能型人
“三农”问题一直是党中央和国务院着力解决的重大问题,是关系国计民生的根本性难题,事关我国农业农村现代化建设的进程。实施精准扶贫政策以来农村绝对贫困问题得到有效解决
我国在新一轮课程改革中强调学生核心素养的培养,具体到物理教学中,应该以培养学生的物理学科核心素养为主。物理学发展过程中积累了丰富的科学文化,灵活地结合物理学史进行
目的:以盐酸异丙肾上腺素腹腔注射法复制大鼠心肌纤维化(Myocardial fibrosis,MF)模型,用细胞分子生物学技术和方法,观察TGF-β1/LIMK1信号通路在心肌纤维化过程中的表达情况,
精准扶贫是全面建成小康社会的重要抓手,如何提高贫困户的内生发展动力是打赢脱贫攻坚战的关键环节。研究表明,在人口发展和经济社会发展中,家庭发展能力都起着积极作用,更是
<正>果蔬在被采摘后虽然光合作用停止,但呼吸作用仍在继续维持正常的生命活动,呼吸作用过强,会使果蔬体内有机质消耗过多,品质下降过快;同时过强的呼吸作用,也会加速果蔬的衰