起重船安全作業(yè)動(dòng)力定位控制方法研究.pdf

1、起重船作為一種特種作業(yè)動(dòng)力定位船舶，在海洋資源開(kāi)發(fā)、海洋工程設(shè)施搭設(shè)中發(fā)揮重大的作用。起重船在承擔(dān)起重作業(yè)任務(wù)時(shí)，起重機(jī)、起重物、壓載系統(tǒng)會(huì)影響到起重船的模型參數(shù)；平臺(tái)會(huì)對(duì)起重船安全作業(yè)產(chǎn)生影響；海洋環(huán)境干擾也會(huì)為起重船控制系統(tǒng)帶來(lái)未知擾動(dòng)。設(shè)計(jì)魯棒性強(qiáng)、抗擾動(dòng)能力強(qiáng)的動(dòng)力定位控制器才能夠保障起重作業(yè)過(guò)程的安全性；與此同時(shí)，考慮起重船與平臺(tái)的避碰，也將極大地提高起重船作業(yè)過(guò)程的安全性，保障人身財(cái)產(chǎn)安全。
　　本文以“海洋石油201

2、”深水鋪管起重船作為研究載體。首先，建立了起重船運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，結(jié)合起重船的特點(diǎn)，分別對(duì)起重機(jī)、起重物、壓載系統(tǒng)進(jìn)行建模。然后分析起重作業(yè)時(shí)，他們對(duì)于起重船模型參數(shù)的影響。針對(duì)起重船模型參數(shù)不確定性和未知環(huán)境擾動(dòng)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)面自抗擾控制器。結(jié)合動(dòng)態(tài)面控制算法和自抗擾控制技術(shù)，設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)面自抗擾動(dòng)力定位控制器。仿真實(shí)驗(yàn)顯示，在該控制器作用下，起重船能夠無(wú)超調(diào)實(shí)現(xiàn)定位目標(biāo)，在作業(yè)過(guò)程中能夠抵抗模型參數(shù)的不確定性和未知環(huán)境擾動(dòng)的影響，保證了定位

3、精度，提高了起重船作業(yè)過(guò)程的安全性。針對(duì)起重船負(fù)載定位過(guò)程中，起重船與平臺(tái)近距離接觸的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)基于改進(jìn)人工勢(shì)場(chǎng)法的避碰控制器。本文首先考慮起重船靠平臺(tái)作業(yè)過(guò)程中，起重船和平臺(tái)形狀對(duì)避碰的影響，為更接近實(shí)際工程情況，特別將起重船和平臺(tái)近似等效為橢圓和圓形。然后利用數(shù)學(xué)工具，推導(dǎo)出起重船與平臺(tái)最近距離公式。最后基于人工勢(shì)場(chǎng)理論，通過(guò)p次可微階躍函數(shù)改進(jìn)人工斥力場(chǎng)勢(shì)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)負(fù)載定位過(guò)程中起重船與平臺(tái)的避碰。仿真結(jié)果表明，在該避碰算法作用下