浮托驳船动力定位的数值模拟和模型试验研究

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1、申请上海交通大学硕士学位论文浮托驳船动力定位的数值模拟和模型试验研究专业：船舶与海洋结构物设计制造硕士生：张嫦利导师：王磊副教授上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院2015年1月IDissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterNumericalandexperimentalresearchfordynamicpositioningsystemoffloatoverbargeCandidate:ZhangChangliAdvisor:Associ.Prof

2、.WangLeiSpecialty:DesignandConstructionofNavalArchitectureandOceanStructureSchoolofNavalArchitecture,OceanandCivilEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityJanuary,2015IIIIIIV上海交通大学硕士论文浮托驳船动力定位的数值模拟和模型试验研究摘要浮托安装技术在海上安装中的应用日益广泛。作为浮托安装技术之一的动力定位驳船，已经在实际浮托安装工程中成功应用。本文围绕某装有动力定位系统的驳船的

3、数值模拟和模型试验开展。目的是验证工程方案的可行性，以及研究控制系统的难点之一即控制参数的调节方法。本文利用PATRAN对浮托驳船建模，用HydroStar和HydroD进行频域分析。借助MATLAB自编程序和SIMO软件对各工况进行时域模拟。研究了驳船在浮托安装应用中的待命和进船状态下，其运动响应、动力定位精度、各推进器的推力、推力系统发出的总推力等。每种状态下均研究不同的波浪工况的影响。数值模拟和模型试验的结果都验证了工程设计方案的可行性，将两者对比研究，得出了推力分配与环境力方向的关系。本文还详细研究了PID控制参数对于定位精度和总推力

4、的影响，创新性地提出了一种将试凑法和控制变量法结合的参数整定方法，为工程实际中整定控制参数提供参考。关键词：浮托安装，动力定位，数值模拟，模型试验V上海交通大学硕士论文NUMERICALANDEXPERIMENTALRESEARCHFORDYNAMICPOSITIONINGSYSTEMOFFLOATOVERBARGEABSTRACTFloatoverinstallationhasbecomemoreandmorewidelyusedintheoffshoreoperation.Dynamicpositioned(DP)bargehasbeen

5、usedinpracticesuccessfully.ThethesisconcentratedonthenumericalsimulationandmodeltestofaDPbargetoverifythefeasibilityoftheprojectplan.Thethesisalsoaimstostudythewaytotunetheparametersofthecontrollerwhichremainsachallenge.ThenumericalmodeliscompletedbyPATRAN.Thethesisconsists

6、ofthreemainpartsincludingthenumericalsimulationofthebargeinstandbyperiodusingMATLAB,thenumericalsimulationofthebargeinentryperiodusingSIMOandthemodeltestofstandbyperiodandentryperiod.Thehydrodynamicresponse,dynamicpositioningaccuracy,thrustofeverythrusterandtotalthrustofthe

7、thrustersystem.Differentwaveheadingsarestudiedinstandbyperiodandentryperiod.Bothnumericalsimulationandmodeltestverifythefeasibilityoftheprojectplan.Therelationbetweenthetotalthrustandwaveheadingisconcludedbycomparingtheresultsofnumericalsimulationandmodeltest.TheeffectsofPI

8、Dcontrollerparametersonthedynamicpositioningaccuracyandtotalthrustareanalyzedaswel