特定状态下FPSO定位控制优化研究

论文摘要

FPSO是一种新型海上石油开采工具,它在人类开发丰富的海洋资源过程中扮演着越来越重要的角色。正常状态下,FPSO通过单点系泊装置长期系泊于工作海域,它随着环境载荷的作用绕单点自由转动,此时FPSO受风浪流等载荷的影响较小。但有时由于自身工作的需要或周围船舶工作的需要,不得不在一定期间内将FPSO定位于某个特定的角度范围内,以保证作业的安全性,此时FPSO受风浪流载荷的影响就较大了。本论文结合FPSO定位控制的基本知识,通过计算,实现了基于Zoutendijk可行方向法的定位控制优化研究。本文首先介绍了对于需要定位的船舶,定位系统的必要性和重要性以及当前对定位系统的研究情况,对于三种定位技术进行了对比分析。对目前国内外优化方法进行了综述,提出了基于Zoutendijk可行方向优化方法解决FPSO定位这类约束条件为线性问题的定位设计。并根据介绍的计算环境载荷的公式,结合特定状态下的FPSO的具体数据,计算出了FPSO所受到的环境载荷,为运用优化算法提供了数据基础。根据FPSO定位分析模型,针对FPSO指定定位区域,以FPSO所受到的外力为目标函数,可变化的角度为约束条件,通过编写程序计算,对FPSO的运动进行了仿真分析,最终实现了基于Zoutendijk方法的FPSO定位控制优化研究。经计算,本文定位控制优化程序,在给定已知参数变量后,可以迅速准确的计算出需要定位的FPSO定位停泊的角度,使此时FPSO所受到的外力最小。与选优式的定位控制方法相比,本文使用的优化方法可以快速、准确地确定定位角度,而且如变换已知参数,也可以计算出任何船舶的定位方案,体现了一定的先进性和工程实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的理论意义和应用价值
• 1.2 FPSO的发展概况与基本特征
• 1.2.1 FPSO简介
• 1.2.2 FPSO的组成及技术特征
• 1.2.3 FPSO的发展的历史、现状与未来
• 1.3 国内外定位系统的研究概况
• 1.3.1 定位系统的重要性
• 1.3.2 国内外定位系统的研究
• 1.4 国内外优化方法的研究概况及发展趋势
• 1.4.1 国内外研究概况
• 1.4.2 发展趋势与研究展望
• 1.5 本文主要的工作内容
• 2 可行方向法
• 2.1 优化方法概述
• 2.1.1 优化算法的基本方法
• 2.1.2 优化算法的迭代步骤
• 2.1.3 优化问题的分类
• 2.2 最优化问题的计算方法
• 2.2.1 约束条件的优化问题的求解
• 2.2.2 无约束条件的优化问题的求解
• 2.2.3 导数优化方法与非导数优化方法的比较
• 2.3 可行方向法
• 2.3.1 可行方向法的一般性质
• 2.3.2 线性约束的Zoutendijk的可行方向法
• 2.3.3 非线性不等式约束的Zoutendijk的可行方向法
• 2.3.4 Zoutendijk的可行方向法的缺点
• 3 环境载荷对FPSO运动的影响与计算
• 3.1 环境载荷对FPSO运动的影响
• 3.1.1 FPSO在风和流中的运动
• 3.1.2 FPSO在波浪中的运动
• 3.1.3 FPSO在风浪流联合作用下的运动
• 3.2 环境载荷计算
• 3.2.1 波浪载荷
• 3.2.2 风载荷
• 3.2.3 流载荷
• 3.3 影响风力、流力和波浪力的因素
• 3.3.1 尺度对运动的影响
• 3.3.2 载况对运动的影响
• 3.3.3 其他参数对运动的影响
• 3.4 算例分析计算
• 3.4.1 FPSO基本数据
• 3.4.2 FPSO受力分析
• 4 基于Zoutendijk可行方向法的FPSO定位控制优化分析
• 4.1 FPSO的环境数据
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 FPSO环境条件数据
• 4.1.3 FPSO受风作用运动情况
• 4.1.4 FPSO稳定位置
• 4.2 Zoutendijk可行方向法的选择与基本流程
• 4.2.1 Zoutendijk可行方向法的选择
• 4.2.2 Zoutendijk可行方向法的基本流程
• 4.3 基于Zoutendijk可行方向法的FPSO定位控制优化分析
• 4.3.1 FPSO定位分析模型
• 4.3.2 FPSO定位系统最优控制策略
• 4.3.3 Zoutendijk可行方向法的实现与仿真分析
• 4.3.4 结果分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 参与的科研项目
• 致谢