全天候绿色安全的深海平台锚泊辅助动力定位技术研究

The deepwater platform positioning is the most restrictive technology for the deepwater oil and gas development. The deepwater environment is time-varying and harsh, so the deepwater platform positioning technology is required to be safer and more energy-efficient. A novel green, safe and all-weather mooring-assisted dynamic positioning technology is studied to meet the deepwater positioning requirement. Firstly, by integrating the structural reliability into the dynamic surface technology organically, a safer and more efficient robust adaptive dynamic surface controller is designed to ensure the safety of mooring lines. To deal with the system uncertainties, an adaptive online constructive fuzzy estimator is proposed to estimate the uncertain parameters; and the Nussbaum gain technology is introduced to improve the adaptive estimator for eliminating the influence of the unknown control coefficient on the system; to handle the actuator input saturation, an auxiliary dynamic system based on the structural reliability is proposed to analyze and compensate the input saturation's influence. Then, a control constraint function based on structural reliability is designed to switch the positioning system into different green control strategies according to the sea state, which can make the positioning system fully use the ability of the mooring system on the premise of ensuring the safety of mooring lines, hence less energy is consumed for the propulsion system. This research is about the key deepwater technology which is urgent for breakthrough under China Marine Power Strategy. Therefore, it has great theoretical significance and application prospect.

深海平台定位技术是油气开发迈向深海的核心制约技术。复杂多变、气候恶劣的深水环境，给深海平台的定位技术提出了更高效、更安全、更节能的要求。研究一种新型的全天候绿色安全的深海锚泊辅助动力定位技术。一方面，提出将缆线结构可靠性与动态面控制律有机结合，设计更为安全、高效的鲁棒自适应动态面控制律，保证锚泊缆线安全。针对系统的不确定性问题，提出一种自适应在线构造模糊估计器估计不确定参数，并引入Nussbaum增益函数改进自适应律，消除控制系数未知对系统的影响；针对执行机构输入饱和问题，提出一种基于结构可靠性构造动态辅助系统的方法，对输入饱和的影响进行观测和补偿。另一方面，提出设计一种基于结构可靠性的约束控制函数，根据海况设计和选取不同的绿色切换控制策略，在缆线安全范围内最大限度采用锚泊定位，降低推进器损耗，实现节能减排。本研究是我国海洋强国战略亟待突破的深海关键技术，具有重要理论意义和应用前景。

深海平台定位技术是油气开发迈向深海的核心制约技术。复杂多变、气候恶劣的深水环境，给深海平台的定位技术提出了更高效、更安全、更节能的要求。本项目以海上油气主力生产装置——浮式生产储油船（FPSO）为对象，研究一种新型的全天候绿色安全的深海锚泊辅助动力定位技术。针对锚泊系统的安全性和推进系统的能耗性，提出将缆线结构可靠性与动态面控制律有机结合，设计更为安全、高效的鲁棒自适应动态面控制律，保证锚泊缆线安全。针对系统的不确定性问题，提出一种自适应在线构造模糊估计器估计不确定参数，并引入Nussbaum增益函数改进自适应律，消除控制系数未知对系统的影响；针对执行机构输入饱和问题，提出一种基于结构可靠性构造动态辅助系统的方法，对输入饱和的影响进行观测和补偿。针对系统能耗问题，提出设计一种基于结构可靠性的约束控制函数，根据海况设计和选取不同的绿色切换控制策略，在缆线安全范围内最大限度采用锚泊定位，降低推进器损耗，实现节能减排。仿真结果证明，所研究的方法使FPSO实现全海深、全天候、绿色、安全、高效的定位。可见，本项目的研究对未来动力定位船舶的理论研究和工程实际应用，都有着较好的借鉴意义，并为现代动力定位技术揭示了更广阔的发展前景。