工程船锚泊移位系统的最优控制策略及拟静力分析.pdf

第19卷第4期海洋工程Vol.19No.4
2001年11月OCEANENGINEERINGNov.2001

文章编号：1005-9865（2001）04-0001-04

工程船锚泊移位系统的最优控制策略及拟静力分析

冯刚，吴海帆，黄洪钟，关立文，宋甲宗

（大连理工大学机械工程学院，辽宁大连116024）

摘要：锚泊移位系统以定位准确、投资小、节省能源、操纵简便等优点在海上施工工程船中获得广泛的应用。本文分析了工

程船锚泊移位系统的受力特点，提出了工程船锚泊移位系统的最优控制策略和锚泊移位系统的拟静力分析方法。并以8锚工
程船锚泊移位系统的设计方案为实例进行了计算分析。
关键词：工程船；锚泊移位系统；最优控制；拟静力分析

中图分类号：TE832；U175.5文献标识码：A

Optimalcontrolmodelofship/smoBilmooringsystemandguasi-static
mooringlineanalyses

FENGGang，WU~ai-fan，~UANG~ong-zhong，GUANli-wen，SONGjia-zong
（Schoolofmech.Eng.，DalianUniv.ofTechnology，Dalian116024，China）

Abstract：Ship/smoBilmooringsystemhasmanyadvantages，suchasprecisepositioning，lessinvestmentandpowerconsumption，andeasy
control.Soitiswidelyusedinshipsatthesea.Inthispaper，theforcecharacteristicsoftheship/smoBilmooringsystemareanalyzed，an
optimalcontrolmodeloftheship/smoBilmooringsystemisputforward，[e-mail]
anexample，aneight-lineship/smoBilmooringsystemisanalyzedandcomputed.
Keywords：ship；moBilmooringsystem；optimalcontrol；guasi-staticanalysis

现有文献中，有关永久或半永久性锚泊定位的静动力计算文献较多［1-4］，但工程船移位过程中锚泊移位
系统计算的文献较少。与永久或半永久性锚泊定位不同的是：1）.工程船是短时定位的系统，移位和停止交
替进行，在定位期间，风力和海流力的大小和方向变化不大，因而可以认为是恒定的；2）.工程船在移位过程
中可以机动地调节锚泊系统的锚绳长度；3）.工程船的锚绳分布形式通常是不对称的，而且随着施工过程中
工程船的不断移动，锚绳的分布形式也不断发生变化。本文根据以上工程船锚泊移位系统的特殊性，提出了
新的设计分析思路。
对锚泊系统在外界扰力作用下的受力计算最常用的是拟静力法。它是把锚泊系统在海面波浪下的动力
问题简化为静力计算问题，计算较简便，物理意义也比较明确。另外还有动力计算的方法，但因其计算复杂
而使应用受到了限制。本文主要讨论工程船锚泊移位系统的拟静力法，它与永久或半永久性锚泊定位相比
有其自身的特点。

1工程船锚泊移位系统的最优控制策略
讨论工程船锚泊系统的拟静力分析，必须先确定移位系统的控制策略，因为工程船锚泊移位系统一般是
由多锚组成的，在抵抗外力及外力矩时是超静定的。对于一定的外力在锚泊系统中引起的拉力分布不是唯

收稿日期：2001-01-08
作者简介：冯刚（1955-），男，广西昭平人，副教授，硕士，主要从事机械设计、机电控制研究工作。
2海洋工程第19卷

一的，即对于某一确定的外力可以有多种锚绳拉力分配方案来平衡这一外力。
对于永久或半永久的锚泊定位系统，由于一般呈对称布置，因此可以确定一个预张力值，在静水中使每
个锚绳的拉力均调至该预张力值（此时平台能在静水中维持平衡），在此后的风浪中不再进行调整，由锚泊系
统被动地响应外界的风、浪、流力。这样，在初始预张力及外界扰力已知的情况下，存在系统锚绳力分布的定
解。而且，通过悬链线理论及迭代运算也可以求出这一定解。这一概念类似于在结构力学上用变形协调条

件来解超静定问题的思想［1，2］。
然而，上述计算思想在工程船的移位计算中并不能奏效，由于工程船具有机动性，可以在移位过程中进
行航行姿态和锚绳拉力的调整，具体每个锚绳的拉力需根据一定的控制策略来进行调整。针对工程具体情
况，本文提出的工程船锚泊移位