半潜式平台及其动力定位系统
摘 要
随着工业的飞跃发展，人类对于能源的需求消耗越来越多，陆地和近海领域能源被开采殆尽，而深海领域蕴藏着丰富的资源，深海钻井平台在这种背景下应运而生。面对深海复杂的海况钻井平台要保持其定位精度以完成采油任务，传统的锚泊技术已经无法满足深海作业的定位要求，越来越多的海洋平台采用动力定位系统。
动力定位系统利用自身推进器产生的推力，有效产生力矩和反力矩以抗衡外界力和力矩以保持平台定位。推力分配问题实质上是求解非线性方程组最优解的问题，即在满足一定的约束条件基础上，在众多组合中寻找每个推进器最适当的推力幅值和方向，使其达到推进系统能耗最优和误差最优的目标。本文以半潜式深海平台为研究对象，主要对推力分配策略进行研究和比较。
首先针对钻井平台具体对象，对外界风浪流载荷、平台运动模型等进行分析。同时根据半潜式海洋平台的动力定位系统的特殊性，阐述深海钻井平台推进器的选型、布置并分析其原因，并描述推进器与平台之间的推力特性。
然后结合半潜式深海平台推进器配置方案，重点分析在此配置方案下的推力分配策略。采用序列二次规划法进行推力最优分配，推力分配目标旨在最小化推力系统的能耗和推力误差，同时考虑推进器的推力区域、推力极限等约束，并实现对推力区域的线性化处理，通过仿真结果指出序列二次规划算法的不足，其对初值的依赖性强，结果不稳定，易陷入局部最优。
最后根据动力定位系统推力系统的基本要求，以及推力分配问题在近年来研究现状，深入了解比较各种优化算法的优劣，在此基础上提出基于量子粒子群算法的推力分配策略，并采用量子粒子群算法制定了详尽的办法解决推力分配问题。在相同的推力指令要求下，分别基于能耗最优和误差最优两种不同的海况要求，比较两种算法的推力分配结果并分析。仿真结果表明量子粒子群算法具有更好的寻优结果，但寻优时间相对序列二次规划法长，所以对于量子粒子群算法应用于工程应用还需要进一步改进。
关键词 动力定位系统；推力分配；序列二次规划法；量子粒子群算法；
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