半潜式海洋钻井平台定力定位控制实验方法及机械体的制作方法
【技术领域】
[0001]半潜式海洋钻井平台定力定位控制实验方法及机械体，属于海洋工程定位方法领域，具体设计一种半潜式海洋钻井平台定力定位控制实验方法及机械体。
【背景技术】
[0002]随着全球经济的高速发展，陆地的石油资源已经不能满足生产和生活的需求。海洋油田开发日益成为石油供应的重要补充。半潜式海洋钻井平台是深海油气田开发的重要工具，动力定位控制技术是指在不借助锚泊系统的情况下，使平台利用自身的推进装置抵御风、浪、流等外界扰动的影响，以一定的姿态保持在海面的目标位置，以确保钻井作业的安全稳定。动力定位系统的优点是定位成本不会随着水深增加而增加、避免破坏海床、机动性强、定位精度高。
[0003]动力定位控制算法是这种定位系统的关键技术，算法的优劣决定了定位精度，制约了钻井的安全和稳定。人们对定位控制方法进行了很多有益的探索，由于缺乏有效的实验验证手段，这些方法多数是用计算机仿真技术进行可行性和有效性验证。虽然出现了一些所谓的半实物仿真技术，但是这类方法不可能完全真实的反应实际物理对象和真实环境。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的问题是:克服现有技术的不足，提供一种在实验室内更加真实的反映实际物理对象和真实环境的半潜式海洋钻井平台定力定位控制实验方法及机械体。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:该半潜式海洋钻井平台定力定位控制实验方法，其特征在于:包括动力定位控制仿真平台和动力定位控制系统；所述的动力定位控制系统包括测量系统、上位机、动力分配系统、钻井平台推进系统和数据采集系统，上位机、动力分配系统、钻井平台推进系统和数据采集系统依次相连接组成闭环系统，测量系统与上位机相连接；包括如下步骤:
步骤a，通过动力定位控制仿真平台进行计算机仿真测试，为下一步物理实验做准备； 步骤b，测量系统进行数据测量，并将测得的数据上传至上位机；
步骤C，上位机根据测量系统测量的数据运行空间控制算法，并将数据下发给动力分配系统；
步骤d，动力分配系统根据上位机下发的数据，为每一个推进器计算期望速度和方向，并下发给钻井平台推进系统；
步骤e，钻井平台推进系统将动力分配系统计算的期望速度和方向与实际速度和方向相匹配，并进行调整；
步骤f，数据采集系统对钻井平台推进系统的实际速度和方向进行测量，并将测量结果上传给上位机；
步骤g，上位机通过数据采集系统采集的数据，运行实时监控算法。
[0006]优选的，步骤a中所述的仿真测试包括如下步骤:
步骤1001，系统初始化；
步骤1002，ADAMS建模；
启动ADAMS程序，并进行钻井平台动力学建模；
步骤1003，设计算法；
启动MATLAB Simulink程序，开发半潜式海洋钻井平台动力定位控制算法设计环境，提供信号滤波设计、速度估计算法设计、动力定位控制算法设计和动力分布设计等模块；
步骤1004，设计状态估计器；
在MATLAB Simulink模块中设计状态估计器；
步骤1005，设计动力定位控制算法；
在MATLAB Simulink模块中设计动力定位控制算法；
步骤1006，启动误差分析模块；
在MATLAB Simulink模块中设计误差分析模块，启动误差分析模块，进行误差分析； 步骤1007，误差是否满足精度，
误差分析算法模块分析判断误差满足精度，如满足，则仿真测试成功；如不满足，则进入下一步；
步骤1008，时间是否大于阈值；
误差分析算法模块判断时间是否大于阈值，如小于阈值，则返回步骤1004 ;如大于阈值，贝1J进入下一步；
步骤1009，停止并修改算法。
[0007]优选的，所述的测量系统包括同时与上位机相连接的GPS定位系统、电罗经位置测量系统、风速传感器、流传感器和风浪传感器，GPS定位系统包括位置测量摄像机和地图。
[0008]优选的，所述的上位机中设有滤波器模块、状态估计器模块、动力定位控制算法模块和误差分析模块；所述的空间控制算法包括如下步骤:
步骤2001，程序初始化；
步骤2002，读取测量数据；
上位机读取测量系统测量的位置数据；
步骤2003，运行滤波算法；
启动上位机中的滤波器模块，运行滤波算法；
步骤2004，运行状态估计算法；
启动上位机中的状态估计器模块，运行状态估计算法；
步骤2005，运行动态定位控制算法；
启动上位机中的动力定位控制算法模块，运行动力定位控制算法；
步骤2006，启动误差分析模块；
启动上位机中的误差分析模块，并进行误差分析；
误差2007，误差绝对值是否小于阈值；
误差分析模块分析判断误差绝对值是否小于阈值，如小于阈值，则实验测试成功；如大于阈值，则进入下一步；
步骤2008，时间是否大于阈值； 误差分析模块分析判断时间是否大于阈值，如小于阈值，则返回步骤2002;如大于阈值，贝1J进入下一步；
步骤2009，停止并修改算法。
[0009]优选的，所述的动力分配系统包括用户自定义模块和动力分配程序模块，其工作流程包括如下步骤:
步骤3001，程序初始化，
步骤3002，是否自行开发动力分配程序；
选择是否自行开发动力分配程序，如选择否，则启动动力分配程序模块；如选择是，则进入下一步；
步骤3003，进入用户自定义模式。
[0010]优选的，所述的钻井平台推进系统包括伺服控制器、推进伺服电机和转角伺服电机，伺服控制器的信号输入端与动力分配系统的输出端相连接，伺服控制器的信号输出端同时并联推进伺服电机和转角伺服电机。
[0011]优选的，所述的钻井平台推进系统有四组，步骤e具体包括以下步骤:
步骤4001，程序初始化；
步骤4002，读取期望速度和方向；
每个伺服控制器分别读取动力分配系统计算出的期望速度和方向；
步骤4003，读取实际速度和方向；
每个伺服控制器分别读取推进器的实际速度和方向；
步骤4004，运行PID控制程序；
运行每个伺服控制器中的PID控制程序模块；
步骤4005，余差是否满足精度；
每个伺服控制器将期望速度和方向与实际速度和方向相匹配，判断期望速度和方向与实际速度和方向的余差是否满足精度，如满足，则实验程序运行成功；如不满足，则进入下一步；
步骤4006，时间是否大于阈值；
每个伺服控制器判断时间是否大于阈值，如小于阈值，则返回步骤4002 ;如大于阈值，则进入下一步；
步骤4007，停止并修改PID参数。
[0012]优选的，所述的数据采集系统同时并联四个伺服控制器的信号输出端，每个伺服控制器的信号输入端同时并联转速传感器的一端和转角传感器的一端，转速传感器的另一端和转角传感器的另一端同时连接推进器。
[0013]优选的，所述的上位机中设有故障实时检测模块和系统连锁保护模块；所述的实时监控算法包括如下步骤:
步骤5001，程序初始化；
步骤5002，读取位置测量数据；
上位机读取测量系统测量的位置数据；
步骤5003，读取推进器数据；
上位机读取数据采集系统采集到的推进器的数据； 步骤5004，启动故障实时检测模块；
启动上位机中的故障实时检测模块，对系统进行实时检测；
步骤5005，系统运行是否正常