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深水半潜式支持平台主要用于海上支持作业,支持平台在工作时需要实现和多种类型的生产平台进行靠泊。半潜式支持平台靠泊路径跟踪控制技术是指能够保证平台在深海复杂海况下,使得平台跟踪设定路径,确保平台顺利完成靠泊任务。论文以“深水半潜式支持平台研发专项--平台系泊及靠泊性能研究”课题为背景,针对半潜式支持平台靠泊操纵复杂、易受环境干扰、传统操作依赖经验等问题,对半潜式支持平台靠泊路径跟踪控制技术进行了研究。基于改进免疫记忆粒子群算法及环境最优艏向控制方法,设计了平台靠泊路径跟踪控制器,为实现半潜式支持平台安全、平稳靠泊提供了依据。论文主要研究工作如下:(1)建立了半潜式支持平台运动数学模型和环境载荷模型,并对风载荷、浪载荷、流载荷进行了仿真计算;综合考虑船舶靠泊平台作业规范、钻井平台操作规范等国际规范,以半潜式支持平台靠泊FPSO的安全性、易操作性、经济性为目标,介绍了靠泊过程操作依据和阶段划分,并基于GPOPS建立了靠泊路径。(2)针对靠泊第一、三阶段,设计靠泊路径跟踪PID控制器;针对PID控制器参数难以整定的问题,引入粒子群优化算法,同时为解决粒子群算法中惯性权重调节机制的局限性,引入粒子进化率的概念,设计基于改进PSO的靠泊路径跟踪控制器;为进一步解决算法后期容易陷入局部最优的问题,引入免疫机制,设计了基于改进IM-PSO的靠泊路径跟踪控制器。仿真结果表明,利用改进IM-PSO算法对控制器参数寻优后,相较于传统PID控制和基于PSO的跟踪控制,控制精度更高,超调量更小,稳定性更好。(3)针对靠泊第二阶段,基于环境最优艏向控制方法,设计了基于环境最优艏向的靠泊路径跟踪控制器,该控制器可实现平台跟踪设定路径时,艏向始终跟踪外界环境力的变化趋势并处于最优艏向状态,使得平台所需推力最小,抵抗环境干扰能力最强,在准确跟踪靠泊目标航迹的同时节约了能耗。仿真结果表明,该控制器对第二阶段规划航迹的跟踪效果良好。(4)构建了半潜式支持平台靠泊路径跟踪控制仿真系统,以“标准型”半潜式支持平台为对象,针对墨西哥湾目标工作海域的工况特点,进行了支持平台靠泊FPSO的路径跟踪系统仿真分析。通过工程案例分析,验证了上述路径跟踪控制器的有效性,实现了对整体规划航迹的准确跟踪,为半潜式支持平台船型研发和应用提供了技术支撑。