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Master's Dissertation
Full name
Felipe Arditti
Knowledge Area
Date of Defense
São Paulo, 2019
Tannuri, Eduardo Aoun (President)
Daalen, Edwin Frank George van
Morishita, Helio Mitio
Title in English
Thrust allocation algorithm considering hydrodynamic interactions and actuator physical limitations.
Keywords in English
Dynamic positioning
Hydrodynamic interactions
Thrust allocation
Abstract in English
The Dynamic Positioning (DP) System is responsible for the station keeping of vessels in several offshore operations. The forces required by the DP System are distributed among the available thrusters by a thrust allocation algorithm which should be accurate, efficient and robust. This means that the effective forces match the required forces while power consumption is minimized. Additionally, in case of impossibility of generating the required forces the heading of the vessel is maintained to avoid increasing environmental forces. To accurately generate the required forces, the physical limitations of the thrusters and the hydrodynamic interactions must be considered. The hydrodynamic interactions are consistently modelled to accommodate the following typical effects: thruster-hull, thruster-current and thruster-thruster interaction. The result of this modeling is a nonlinear optimization problem, which is solved using the Sequential Quadratic Programming (SQP) algorithm with slack variables. The DP simulation carried out show that by considering the hydrodynamic interactions on thrust allocation the overall performance (controllability and power consumption) of the DP system is improved.
Title in Portuguese
Algoritmo de alocação de empuxo levando em conta interações hidrodinâmicas e limitações físicas dos atuadores.
Keywords in Portuguese
Alocação de empuxo
Posicionamento dinâmico
Abstract in Portuguese
O Sistema de Posicionamento Dinâmico (DP) é responsável pela manutenção da posição de embarcações em diversas operações offshore. As forças requeridas pelo Sistema DP são distribuídas entre os propulsores disponíveis por um algoritmo de alocação de empuxo que deve ser preciso, eficiente e robusto. Isso significa que as forças efetivas correspondem às forças solicitadas, enquanto o consumo de energia é minimizado. Além disso, em caso de impossibilidade de gerar as forças necessárias, o rumo da embarcação é mantido para evitar o aumento das forças ambientais. Para gerar com precisão as forças necessárias, as limitações físicas dos propulsores e as interações hidrodinâmicas devem ser consideradas. As interações hidrodinâmicas são modeladas de forma consistente para acomodar os seguintes efeitos típicos: interação entre casco e propulsor, correnteza e propulsor e entre propulsores. O resultado desta modelagem é um problema de otimização não linear, que é resolvido usando o algoritmo de Programação Quadrática Sequencial (SQP) com variáveis de relaxamento. As simulações de posicionameto dinâmico realizadas mostram que, ao considerar as interações hidrodinâmicas na alocação de empuxo, o desempenho geral (controlabilidade e consumo de energia) do sistema DP melhora.
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