海上钻井可以追溯到1920年代中期。开始时,海上钻井在潮汐区和码头,第一次钻井活动很快从海岸附近的混凝土重力式平台发起。1940年代,在数万公里的海岸线上,固定钻井/生产平台只能钻井6米的水深。在这些浅水区保持一个固定位置显然不会是一个问题,但在1950年深水钻井需求增加,位置保持成为一大障碍。这也有了不同的定位解决方案。83801
自升式船舶可以用于水深大约120米处。当船舶位置固定时,它可以用其它三个或更多大的船桨来提升自己在海中的位置。作为移动海上钻井装置(MODU)它有一个固定平台且易于流动结合[1]。这个系统的最大好处就是可以使位置保持不易受灯火或者能量短缺影响。位置一旦固定,也就不需要位置参考系统。除了这些优点,和其他系泊方案相比,它可以运作的最大水深也是非常有限的。
类似系统的系泊抛锚图像可以用于水深超过1000m的不同结构类型。用系泊缆绳和锚把管道固定到河岸可以控制位置[1]。由于所需的锚链拖船的原因,所以需要很多时间来定位。一旦锚固定住,可调节的抛锚线总会有一些移动,线的长度调节也可能会有微小的变化。当需要移动很大位置时,所有的锚或者一些锚会解除或放开。接着很大可能会出现一些类似水下安装(例如管线)的危险事发生。所以位置保持的劣势,与自升式系统有相同的优势。论文网
动态定位系统[1](DP)不仅可以用在水深的地方,还可以通过自己的推力系统自动控制位置和通道航向(参考图1-1)。尽管这样看似自由简单,但DP系统扔很复杂。因为推力系统需要对环境/外部变化产生持续的反应,这也要求DP系统的控制性很强,所以DP系统的造价很高。在线方法也有一些实际存在的问题,例如考虑到能量供给,推力器,电能和参考系统,这个方法就会更容易失败。从另一方面来说,DP系统提供了一个可以用在任何水深(只包括一些浅水区域)区域的解决办法,由于系统可以很快对环境/外部变化做出反应,而且系统很容易搭建,这也使得这种方法更有优势。DP系统船舶在没有额外耗费下也不需要拖船和其他东西协助,可以很快转变到其他位置上去。由于水下安装只依赖于执行器来保持位置,所以不会有任何障碍产生。船舶的位置保持可以是相对的,所以DP系统可以实现动态追踪(DynamicTracking简称DT)的目的,在这过程中,系统可以循着之前订好的追踪路线,或者保持在与另一个移动管道的相对位置[2]。如今,由于安装方法简单快速,几乎每一个浮动结构都可以安装DP系统(因为有移动DP方法可得)。这些DP系统的优势是可以增加更多应用软件,包括勘探钻井,电缆/管道敷设、疏浚、穿梭油轮操作、火箭发射台、维修/维护支持,起重机船等。尽管有好多优势,仍然有大量可以改进的空间。大量的信息使得DP系统更加可靠,但是持续增长的高燃料效率操作和高级控制推进器的需求亟待发展一个新的控制技术。
推力分配本质上其实是一个非线性最优化问题。这个非线性最优化问题的输入是控制器所产生的推力和力矩命令,而输出则是底层的各个推进器的推进指令,最基本的映射关系普遍以最小化功率为主要目标,同时必须满足力的平衡等等的约束条件。非线性最优化问题,在很多工程领域都有相关的研究,可谓当今的热点问题,在经济、金融等领域也相当常见,此类问题的研究[3]。近年来,学科间的交流使得各种最为先进的新型智能算法被引入推力分配问题,取得较为理想的效果。我们可以预想,以后将会有更多更为先进和成熟的理论模型以及优化方法被引入到推力分配问题的解决中,使得我们在相关问题上面的技术更加可靠、经济和容易操作。