点击数: 更新日期: 2022-06-21
发表期刊：Future Generation Computer Systems（2021，JCR Q1）
原文题目：Dynamic positioning model of offshore oil drilling platform based on OIPSO algorithm
原文DOI：https://doi.org/10.1016/j.future.2021.05.003
作者列表：
1) 宋宇 中国石油大学（北京） 信息科学与工程学院
2) 杨进 中国石油大学（北京） 安全与海洋工程学院
3) 谢仁军 中海油研究总院
4) 吴怡 中海油研究总院
背景与动机
海洋石油储量约1350亿吨，占世界总资源量的2/3以上，海上石油开采面临很大的困难。深水钻井平台是开发深水油气的关键设备，随着深水油气行业的持续快速发展，我国深水石油装备行业进入了快速发展的新时期，对于深水钻井平台，动态定位精度是关键因素，动力定位系统主要用于钻井平台和海洋船舶的定位和系泊。因此，要求此类系统具有定位精度高、操作方便、灵活等优点。然而，现有的动力定位模型大多基于多维泰勒网络优化控制的海上石油钻井平台动力定位模型等，由于外部环境载荷和推力系统参数计算存在误差，动力定位精度难以保证，难以有效满足当今石油勘探的需要。针对这一问题，本研究提出了一种基于OIPSO算法的海上石油钻井平台动态定位新模型，并通过仿真实验验证了本研究的优越性能。
设计与实现:
海上石油钻井平台在作业过程中，设置动力定位控制器，根据速度和位移偏差，获取平台恢复初始位置的加速度值，实际加速度由视在加速度和平台本身的加速度相减得到，平台自身的加速度由加速度计监测。
海上石油钻井平台在海洋上的运动是由波浪、风、推进器等协调的，环境引起的平台振动，平台的高频运动不会改变平均位置和方向，而低频运动会导致平台移动。平台的低频运动是由风、二阶波、洋流和推进器引起的，使平台偏离原来的位置。为描述海上石油钻井平台的低频运动，建立平台动力定位运动仿真模型：
采用OIPSO算法求解推力分布问题,通过引入混沌算子，利用信息熵进行评价，提高粒子群算法的全局搜索能力和收敛速度，构造一个新的粒子决策变量，粒子搜索空间维度设置为二维。推进器的推力由粒子决策变量表示为：
本研究选择PID控制器来实现动态定位控制，在平台动态定位过程中，为了提高控制器的性能，在控制系统中加入风前馈，海上石油钻井平台的动态定位规律为：
动态定位误差分析结果：
环境载荷方向
（°）
工作环境
传统模型误差
（%）
本模型误差
有效波高（m）
周期（s）
风速（m/s）
表面流速（m/s）
45
-
2.775
18.7
10.02
0.132
16.54
11.23
0.120
1.585
15.02
12.30
3.083
16.23
12.45
0.144
18.75
9.89
17.42
10.09
90
14.2
11.24
16.25
10.04
19.85
11.75
18.57
10.24
15.42
10.22
16.02
10.00
作者简介:
宋宇，博士，现任中国石油大学（北京）讲师，长期从事管柱力学、智能钻完井控制技术的研究工作。联系方式：songy1104@cup.edu.cn