基于自动监测控制的钻井平台推进器辅助锚泊定位系统技术方案

本发明专利技术涉及的是一种基于自动监测控制的钻井平台推进器辅助锚泊定位系统。本发明专利技术涉及的基于自动监测控制技术的推进器辅助锚泊定位系统包括钻井平台2、传感器系统3、锚泊系统4、风力补偿器9、观测器10、锚泊监测系统11、控制器13、推进系统14传感器系统3包括张力传感器5、罗经6、GPS7和风传感器8。通过实时监测锚泊系统锚链的张力状态，进行控制器使能决策；当海洋环境恶劣导致锚链张力超过设定阈值并持续一定时间时，令控制器参与到钻井平台的定位控制，以降低锚泊系统锚链张力，防止其由于张力过大而断裂，实现推进器辅助锚泊定位功能，从而增强钻井平台对海洋环境的适应性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种基于自动监测控制技术的钻井平台推进器辅助锚泊定位系统。
技术介绍
目前国内外海洋石油的开发日益趋向深海领域，为了满足其在深海恶劣环境条件下进行工程作业的需求，深海钻井平台必须长期系泊于特定的海域中，并且在遇到恶劣风浪时也不可以避航，因此这对平台的定位系统提出了巨大挑战。近年来，出现了动力定位系统，并得到迅速发展，但其初始投资和运营成本都比较高。所以深海钻井平台锚泊系统的研究还具有重要的意义和研究价值。国内对于推进器辅助的锚泊系统的研究还比较少，多数此类的文章见诸于国外某几个大学及科研机构，如挪威科技大学等。经文献检索发现，文献名称：推进器辅助系泊定位技术研究，此方法以FPSOFloatingProduction,StorageandOffloadingSystem)为研究对象，对海洋环境和系泊系统进行了建模并对控制器和观测器进行了研究，但并未对控制器的使能决策进行分析，本专利技术以钻井平台为研究对象，采用无源状态观测器对钻井平台的位置和艏向、速度、低频干扰力进行估计，同时设计了基于自动监督控制技术的锚泊监测系统对锚链张力进行实时监测与分析，并对控制器使能信息进行决策，判断是否令控制器参与定位控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对钻井平台的锚泊定位系统，提供一种在海洋环境恶劣时自动进行推进器辅助的基于自动监测控制技术的钻井平台推进器辅助锚泊定位系统。本专利技术的目的是这样实现的：一种基于自动监测控制技术的钻井平台的推进器辅助锚泊定位系统：1本专利技术涉及的基于自动监测控制技术的推进器辅助锚泊定位系统包括钻井平台2、传感器系统3、锚泊系统4、风力补偿器9、观测器10、锚泊监测系统11、控制器13、推进系统14。传感器系统3包括张力传感器5、罗经6、GPS7和风传感器8；钻井平台2在工作过程中受环境干扰1造成的海洋环境干扰力、推进系统14提供的推力和锚泊系统4提供的锚泊力三种力，其中海洋环境干扰力包括高频海浪干扰力τH、风力τW以及慢变力τL。慢变力τL包括海流作用力、低频海浪干扰力以及未建模动态；锚泊系统4根据锚索的长度计算出锚链在水流、波浪影响下的张力大小；推进系统11包括钻井平台2上配置的推进器，它根据控制器给出的各个推进器的转速和方向角，产生钻井平台在三个自由度上所受到的推力估计值2传感器系统3分为张力传感器5、罗经6、GPS7和风传感器8，张力传感器将测量得到的锚链张力传递给锚泊监测系统11；风传感器将测量得到的相对风速和相对风向角信息实时传递给风力补偿器9，罗经和GPS将测量得到的船舶位置和艏向信息传递给观测器10。3风力补偿器9接收风传感器测量得到的相对风速和相对风向角信息，并根据钻井平台2的主尺度信息计算得到船舶在三个自由度上所受到的风力估计值并将其传递给观测器10。锚泊监测系统根据张力传感器提供的锚链张力信息，对锚泊系统锚链的张力进行估计，并将其传递给观测器10；同时，当锚链张力的估计值大于锚链张力设定的阈值且持续一定时间时，将控制器使能信息置为“真”，否则为“假”。所述的锚链张力由下式计算得到：所述的观测器计算得到估计的平台位置、速度、艏向、回转率和低频干扰力通过下式获得： ξ ^ · = A ω ξ ^ + K 1 y ~ ]]> b ^ · = - T b - 1 b ^ + K 3 y ~ ]]> y ^ = η ^ + C ω ξ ^ ]]>控制器8同时接收观测器输出的平台位置和艏向、速度及低频干扰信息，锚泊监测系统输出的锚泊力估计值和控制器使能信息。当使能信息为“真”时控制器投入使用，进行推力分配优化工作，令推进系统参与定位控制以降低锚泊系统锚链张力，实现推进器辅助锚泊定位功能；当使能信息为“假”时控制器并不投入使用，推进系统不参与定位控制，平台完全依靠锚泊系统进行定位。所述的推力分配优化工作由下式进行，最终得到钻井平台各个推进器所需的转速和方位角： min f ( T , α , s ) = W 1 ( Σ i = 1 n T i 2 + s T Q s ) + W 2 Σ i = 1 n ( T i - T i , 0 ) 2 + W 3 Σ i = 1 n ( α i - α i , 0 ) 2 + δ ϵ + det ( B ( &alpha本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自动监测控制技术的钻井平台推进器辅助锚泊定位系统，其特征是：1)本专利技术涉及的基于自动监测控制技术的推进器辅助锚泊定位系统包括钻井平台(2)、传感器系统(3)、锚泊系统(4)、风力补偿器(9)、观测器(10)、锚泊监测系统(11)、控制器(13)、推进系统(14)；传感器系统(3)包括张力传感器(5)、罗经(6)、GPS(7)和风传感器(8)；钻井平台(2)在工作过程中受环境干扰(1)造成的海洋环境干扰力、推进系统(14)提供的推力和锚泊系统(4)提供的锚泊力三种力，其中海洋环境干扰力包括高频海浪干扰力τH、风力τW以及慢变力τL；慢变力τL包括海流作用力、低频海浪干扰力以及未建模动态；锚泊系统(4)根据锚索的长度计算出锚链在水流、波浪影响下的张力大小；推进系统(11)包括钻井平台(2)上配置的推进器，它根据控制器给出的各个推进器的转速和方向角，产生钻井平台在三个自由度上所受到的推力估计值2)传感器系统(3)分为张力传感器(5)、罗经(6)、GPS(7)和风传感器(8)，张力传感器将测量得到的锚链张力传递给锚泊监测系统(11)；风传感器将测量得到的相对风速和相对风向角信息实时传递给风力补偿器(9)，罗经和GPS将测量得到的船舶位置和艏向信息传递给观测器(10)；3)风力补偿器(9)接收风传感器测量得到的相对风速和相对风向角信息，并根据钻井平台(2)的主尺度信息计算得到船舶在三个自由度上所受到的风力估计值并将其传递给观测器(10)。...

【技术特征摘要】
1.一种基于自动监测控制技术的钻井平台推进器辅助锚泊定位系统，其特征是：1)本发明涉及的基于自动监测控制技术的推进器辅助锚泊定位系统包括钻井平台(2)、传感器系统(3)、锚泊系统(4)、风力补偿器(9)、观测器(10)、锚泊监测系统(11)、控制器(13)、推进系统(14)；传感器系统(3)包括张力传感器(5)、罗经(6)、GPS(7)和风传感器(8)；钻井平台(2)在工作过程中受环境干扰(1)造成的海洋环境干扰力、推进系统(14)提供的推力和锚泊系统(4)提供的锚泊力三种力，其中海洋环境干扰力包括高频海浪干扰力τH、风力τW以及慢变力τL；慢变力τL包括海流作用力、低频海浪干扰力以及未建模动态；锚泊系统(4)根据锚索的长度计算出锚链在水流、波浪影响下的张力大小；推进系统(11)包括钻井平台(2)上配置的推进器，它根据控制器给出的各个推进器的转速和方向角，产生钻井平台在三个自由度上所受到的推力估计值2)传感器系统(3)分为张力传感器(5)、罗经(6)、GPS(7)和风传感器(8)，张力传感器将测量得到的锚链张力传递给锚泊监测系统(11)；风传感器将测量得到的相对风速和相对风向角信息实时传递给风力补偿器(9)，罗经和GPS将测量得到的船舶位置和艏向信息传递给观测器(10)；3)风力补偿器(9)接收风传感器测量得到的相对风速和相对风向角信息，并根据钻井平台(2)的主尺度信息计算得到船舶在三个自由度上所受到的风力估计值并将其传递给观测器(10)。2.根据权利要求1所述的一种基于自动监测控制技术的钻井平台推进器辅助锚泊定位系统，其特征在于：锚泊监测系统根据张力传感器提供的锚链张力信息，对锚泊系统锚链的张力进行估计，并将其传递给观测器(10)；同时，当锚链张力的估计值大于锚链张力设定的阈值且持续一定时间时，将控制器使能信息置为“真”，否则为“假”。3.根据权利要求1所述的一种基于自动监测控制技术的钻井平台推进器辅助锚泊定位系统，其特征在于：所述的锚链张力由下式计算得到：4.根据权利要求1所述的一种基于自动监测控制技术的钻井平台推进器辅助锚泊定位系统，其特征在于：所述的观测器计算得到估计的平台位置、速度、艏向、回转率和低频干扰力通过下式获得：5.根据权利要求1所述的一种基于自动监测控制技术的钻井平台推进器辅助锚泊定位系统，其特征在于：控制器(8)同时接收观测器输出的平台位置和艏向、速度及低频干扰信息，锚泊监测系统输出的锚泊力估计值和控制器使能信息；当使能信息为“真”时控制器投入使用，进行推力分配优化工作，令推进系统参与定位控制以降低锚泊系统锚链张力，实现推进器辅助锚泊定位功能；当使能信息为“假”时控制器并不投入使用，推进系统不参与定位控制，平台完全依靠锚泊系统进行定位。6.根据权利要求1所述的一种基于自动监测控制技术的钻井平台推进器辅助锚泊定位系统，其特征在于：所述的推力分配优化工作由下式进行，最终得到钻井平台各个推进器所需的转速和方位角： min f ( T , α , s ) = W 1 ( Σ i = 1 n T i 2 + s T Q s ) + W 2 Σ i = 1 n ( T i - T i , 0 ) 2 + W 3 Σ i = 1 n ( α i - α i , 0 ) 2 + δ ϵ + det ...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏国清，刘彩云，陈兴华，薛晶晶，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23