動力定位概述

1、動力定位概述1. 動力定位系統(tǒng)原理船舶動力定位系統(tǒng)就是依據(jù)所要求的船舶定位或運動指令 ,根據(jù)測量所得船 舶的運動信息與環(huán)境信息 ,利用計算機進行復(fù)雜的實時計算 ,控制船舶主副推力裝 置產(chǎn)生一定推力與力矩 ,以實現(xiàn)預(yù)定的船舶姿態(tài)控制、定位控制或運動控制。船舶在海上除了受到本身推進器的推力以外，還受到風(fēng)力、波浪與海流的 外界作用力，從而產(chǎn)生 6 個自由度的運動，即縱蕩、橫蕩、升沉、縱搖、橫搖 與艏遙。動力定位系統(tǒng)利用位置測量設(shè)備測出本身位置的變化，利用各類傳感 器測出船艏、縱橫搖以及風(fēng)力風(fēng)向，再采用現(xiàn)代控制理論，建立船舶與推力器 的數(shù)學(xué)模型，并采用多種控制方法，同多對船舶 6 個自由度運動風(fēng)量以及

2、風(fēng)力 風(fēng)向的計算，對船舶各主副推力器的推力進行分配，從而控制船舶 3 個自由度 的運動，即縱蕩、橫蕩與艏搖。2. 動力定位系統(tǒng)組成動力定位系統(tǒng)通常包括兩大部分：測量控制部分和推力裝置部分。測量控制部分測量控制部分主要包括 :1）測量傳感器：DGPS或其他類型定位系統(tǒng)）-測量船位電羅經(jīng) -測量艏向船舶垂直參考單元 -測量船舶的縱搖、橫搖與升沉風(fēng)向風(fēng)速儀 -測量影響船舶動力的主要干擾力即風(fēng)力2）控制部分：操作臺：其臺面上布置有操縱手柄、跟蹤球、輸入鍵盤、各種操縱按鈕、 指示燈與報警燈及顯示屏，操縱臺內(nèi)部布置有一臺高性能計算機。控制柜：其內(nèi)部布置有實時處理計算機、存儲器、輸入 / 輸出接口、供電模塊

3、以及大量接線 端子；動力定位系統(tǒng)與位置測量設(shè)備、各種傳感器以及主副推力器的電氣聯(lián)接 均通過控制柜，系統(tǒng)供電也經(jīng)由本柜。便攜式手操終端推力裝置部分1）動力部分：船舶主機、發(fā)電機2）推力部分：主推進器、舵、輔助推力裝置 （多用側(cè)推器和全回轉(zhuǎn)推進器 ）。3. 動力定位的等級與精度動力定位等級國際海事組織 IMO 根據(jù)動力定位系統(tǒng)的功能以及設(shè)備冗余度 ,將動力定位系 統(tǒng)分為三個等級 :1級、 2級與 3級。中國船級社根據(jù)動力定位系統(tǒng)不同的沉余度將動力定位等級DP1、 DP2、DP3。具體要求如下：1）1級動力定位系統(tǒng)DP-1:安裝有動力定位系統(tǒng)的船舶，可在規(guī)定的環(huán)境條 件下，自動保持船舶的位置和首向，

4、同時還應(yīng)設(shè)有獨立的集中手動船位控制和 自動艏向控制。2）2級動力定位系統(tǒng)DP-2:安裝有動力定位系統(tǒng)的船舶，在出現(xiàn)單個故障不 包括一個艙室或幾個艙室的損失）后，可在規(guī)定的環(huán)境條件下，在規(guī)定的作業(yè) 范圍內(nèi)自動保持船舶的位置和艏向。3）3級動力定位系統(tǒng)DP-3:安裝有動力定位系統(tǒng)的船舶，在出現(xiàn)任一故障 （包括由于失火或進水造成一個艙室的完全損失）后，可在規(guī)定的環(huán)境條件下， 在規(guī)定的作業(yè)范圍內(nèi)自動保持船舶的位置和艏向。動力定位等級精度動力定位系統(tǒng)的精度，既與相關(guān)測量系統(tǒng)（如DGPS的設(shè)備的精度有關(guān)系, 也與推進器系統(tǒng)相關(guān)信號傳輸?shù)木扔嘘P(guān)。4. 動力定位系統(tǒng)的布置要求 根據(jù)中國船級社規(guī)定，動力定位系

5、統(tǒng)布置如下表所示：5. 動力定位控制動能分類1）手動移位2）自動定位系統(tǒng)能精確地按指令保持船位；也可以按操作人員的指令自動改變船舶的 位置，船舶自動移位的速度可以有操縱人員設(shè)定。3）自動艏向4）自動循跡航行（高速與低速） 系統(tǒng)能使船舶精確的按預(yù)定軌跡低速移動、或按預(yù)定航線高速航行。 在低速航行模式下，船舶循跡精度，而且可以任意設(shè)定各航跡段的航向與船速，使船舶沿縱向、橫向或斜向移動，此模式的最高船速取決于船舶與輔助 推力裝置的設(shè)計。在高速循跡航行模式下，船舶艏向?qū)⒂上到y(tǒng)自動根據(jù)航線、船速與外界環(huán) 境力而計算確定。在航線轉(zhuǎn)彎處，系統(tǒng)可以自動確定轉(zhuǎn)彎半徑與船速，也可以 預(yù)先設(shè)定；在此模式下，側(cè)向推進

6、器通常不參與工作。5）自動操舵駕駛6）自動跟蹤水下目標(biāo)7）自動保持移動速度8）任意中心自動回轉(zhuǎn)9）其他功能6. 動力定位控制理論分類以下分類大概根據(jù)其出現(xiàn)年代的順序。1. PID控制以經(jīng)典的PID控制為基礎(chǔ)。2. LQG控制Kalman濾波和最優(yōu)控制相結(jié)合形成了線性二次高斯型LQG控制(Lin earQuadraticGuasS，目前是最常用的控制理論。3. 模型參考自適應(yīng)控制(DMRAC控制)4. 反步法( Backstepping)5. 模糊控制 (Fuzzy Logic Control)6. 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (Neural Network Control)7 .動力定位廠家簡述 .當(dāng)前世界上較有名的生產(chǎn)動力定位產(chǎn)品的公司有KongsbergSimard,Alstom和Nautronix三家；其中Kongsberg Simard公司的產(chǎn)品優(yōu)勢占領(lǐng)當(dāng)前國際船舶動 力定位市場。.當(dāng)前世界上生產(chǎn)動力定