船舶动力定位系统简述
动力定位概述
动力定位概述 1. 动力定位系统原理 船舶动力定位系统就是依据所要求的船舶定位或运动指令,根据测量所得船舶的运动信息与环境信息,利用计算机进行复杂的实时计算,控制船舶主副推力装置产生一定推力与力矩,以实现预定的船舶姿态控制、定位控制或运动控制。 船舶在海上除了受到本身推进器的推力以外，还受到风力、波浪与海流的外界作用力，从而产生6 个自由度的运动，即纵荡、横荡、升沉、纵摇、横摇与艏遥。动力定位系统利用位置测量设备测出本身位置的变化，利用各类传感器测出船艏、纵横摇以及风力风向，再采用现代控制理论，建立船舶与推力器的数学模型，并采用多种控制方法，同多对船舶6 个自由度运动风量以及风力风向的计算，对船舶各主副推力器的推力进行分配，从而控制船舶3 个自由度 的运动，即纵荡、横荡与艏摇。 2. 动力定位系统组成 动力定位系统通常包括两大部分：测量控制部分和推力装置部分。 测量控制部分 测量控制部分主要包括: 1）测量传感器： DGPS或其他类型定位系统）-测量船位 电罗经-测量艏向 船舶垂直参考单元-测量船舶的纵摇、横摇与升沉 风向风速仪-测量影响船舶动力的主要干扰力即风力 2）控制部分： 操作台：其台面上布置有操纵手柄、跟踪球、输入键盘、各种操纵按钮、
指示灯与报警灯及显示屏，操纵台内部布置有一台高性能计算机。控制柜：其内部布置有实时处理计算机、存储器、输入/ 输出接口、供电模块以及大量接线端子；动力定位系统与位置测量设备、各种传感器以及主副推力器的电气联接均通过控制柜，系统供电也经由本柜。 便携式手操终端 推力装置部分 1）动力部分：船舶主机、发电机 2）推力部分:主推进器、舵、辅助推力装置（多用侧推器和全回转推进器）。 3. 动力定位的等级与精度 动力定位等级 国际海事组织IMO 根据动力定位系统的功能以及设备冗余度,将动力定位系统分为三个等级:1 级、2 级与3 级。 DP1、DP2、中国船级社根据动力定位系统不同的沉余度将动力定位等级 DP3。 具体要求如下： 1）1级动力定位系统DP-1:安装有动力定位系统的船舶，可在规定的环境条件下，自动保持船舶的位置和首向，同时还应设有独立的集中手动船位控制和自动艏向控制。 2）2级动力定位系统DP-2:安装有动力定位系统的船舶，在出现单个故障不包括一个舱室或几个舱室的损失）后，可在规定的环境条件下，在规定的作业范围内自动保持船舶的位置和艏向。 3）3级动力定位系统DP-3:安装有动力定位系统的船舶，在出现任一故障 （包括由于失火或进水造成一个舱室的完全损失）后，可在规定的环境条件下，在规定的作业范围内自动保持船舶的位置和艏向。 动力定位等级精度 动力定位系统的精度，既与相关测量系统（如DGPS的设备的精度有关系, 也与推进器
动力定位船舶的非线性观测器设计
第37卷第6期 2003年6月 上海交通大学学报 JOU RNAL O F SHAN GHA I J I AO TON G UN I V ER S IT Y V o l .37N o.6 Jun .2003 收稿日期:2002205223 作者简介:何黎明(19762),男,浙江东阳人,博士生,主要从事船舶动力定位系统的研究.田作华(联系人),男,教授, 电话(T el .):021*********;E 2m ail :zh tian @sjtu .edu .cn 文章编号:100622467(2003)0620964205 动力定位船舶的非线性观测器设计 何黎明, 田作华, 施颂椒 (上海交通大学自动化系200030) 摘 要:针对动力定位船舶设计了一个非线性观测器,该观测器的全局收敛性通过李亚普诺夫稳定性定理得到了证明.观测器的最大优点是可以省略采用Kal m an 滤波器时线性化船舶运动方程的过程.该非线性观测器可以从附有测量噪声的输出中估计到船舶低频位置和运动速度以及环境扰动作用力,同时也能从输出信号中滤除一级波浪引起的船舶高频运动.该非线性观测器的性能通过对一动力定位船舶模型的仿真得到了验证. 关键词:动力定位;船舶;非线性观测器;滤波器中图分类号:U 661.338 文献标识码:A A Nonline a r O bs e rve r D e s ign fo r D ynam ic P os itioning S hip H E L i 2m ing , T IA N Z uo 2hua , S H I S ong 2j iao (D ep t .of A u tom ati on ,Shanghai J iao tong U n iv .,Shanghai 200030,Ch ina ) A bs tra c t :A non linear ob server w as derived fo r dynam ic po siti on ing system .T he global exponen tial stab il 2 ity of ob server w as p roven u sing L yapunov m ethods .T he m ain advan tage of the non linear design to Kal m an filter is that the k inem atic equati on s of m o ti on need no t be linearized .T he p ropo sed ob server in 2cludes an esti m ati on of bo th the low 2frequency po siti on and velocity of the sh i p from no isy po siti on m ea 2su rem en ts ,environm en tal distu rbance and w ave filering .T he si m u lati on resu lts show the excellen t perfo r 2m ance of the non linear ob server . Ke y w o rds :dynam ic po siti on ing ;sh i p s ;non linear ob server ;filter 随着人们对海洋开发和探索范围的广泛深入, 动力定位(D P )系统越来越受到人们的重视.D P 系统能够使受到海浪、流、风等作用力影响下的海洋浮式结构物保持需要的角度和位置,该系统从20世纪60年代开始已经应用在海洋船舶上.最早的设计采 用了传统的P I D 控制器级联低通或陷波滤波器的方法,80年代后,基于Kal m an 滤波器和最优控制理论的方法开始应用于D P 系统中[1～3]. 船舶在海面上的综合运动一般分为由风、流、二级波浪、推力器组成的低频运动和一级波浪组成的高频运动.由于高频运动仅表现为周期性的振荡而不会导致平均位置的改变,为了避免不必要的能量 浪费和推力器的磨损,一般从船舶测得的综合位置信号分离出低频信号进行控制.而船舶传感器系统只能提供带有测量噪声的船舶位置和艏摇角度,且运动速度不可测,必须通过状态估计得到,因此,滤波和状态估计在动力定位系统中起着非常重要的作用.目前,D P 系统中经常采用线性Kal m an 滤波器,该方法的主要缺点是必须将船舶运动的动力学方程在一些给定的艏摇角度值上线性化,一般将整个包线划分为36个工作点.对于每个线性化后的模型,再应用最优Kal m an 滤波器和反馈控制.因为系统拥有15个状态变量,所以采用上述方法时系统的在线计算量很大,而且其中的很多协方差值很难调整.
船舶动力定位系统及其控制技术
船舶动力定位系统及其控制技术 为使船舶或作业平台在海上航行或作业时更好地保持航迹或稳定在某一工作水域范围内，对船舶的定位精度提出更高的要求。阐述船舶动力定位系统的定义、组成、工作原理、研究状况及其数学模型等，指出控制技术的快速发展和智能化，使其在动力定位系统中的应用越来越广泛；分析几种不同时期基于不同控制技术的船舶动力定位控制器的原理，阐述船舶动力定位系统未来的發展趋势，从而对今后的研究起到一定的参考作用。 标签：动力定位系统；控制技术；船舶 随着海洋经济时代的到来，人们对海洋资源的需求越来越多。由于深海环境复杂多变，因而对获取海洋资源的装置定位精度要求也越来越高。传统的锚泊系统有抛起锚操作过程繁琐、定位精度和机动性差等缺陷，难以符合定位精度的要求；而船舶动力定位系统（以下简称“DP系统”）则在保持航迹或保持位置方面具有突出的优势，已被逐渐应用到海上航行船舶和作业平台上，快速发展的控制理论在DP系统中的应用，取得了很好效果。 1 DP系统概述 1.1 定义 DP系统是指不依靠外界的辅助，通过固有的动力装置来对船舶或作业平台进行定位的一种闭环控制系统，系统包括控制系统、测量系统和推进系统，控制系统是其核心。 1.2 组成 DP系统由控制系统、测量系统和推力系统组成。控制系统是整个系统的核心，对测得的信息和外界干扰信号进行处理，能够通过计算推算出抵抗外界干扰的推力，并传递给推力系统。测量系统能够获得船舶运动所需要的信息，其种类有DGPS、电罗经、张紧索系统、水下声呐系统、垂直参考系统、风力传感器等。推力系统根据控制系统计算出的推力来控制船舶。 1.3 研究状况 第1代DP系统的研发始于1960年。钻井船“Eureka”号是世界上第一艘基于自动控制原理设计的DP船舶。该船配备的DP模拟系统与外界张紧索系统相连。该船除装有主推力系统外，在还在船首和船尾装有侧推力系统，在船身底部也安装有多台推进器。第2代DP系统始于1970年，具有代表性的是“SDEC0445”号船，该船安装有多台推进器，系统的控制器采用kalman滤波等现代控制技术，且控制系统中的元件有冗余，其安全性、稳定性和作业时间均有了较大的改善和提高。第3代DP系统始于1980年。系统采用微机处理技术和Muti-bus、Vme
船舶动力定位系统控制技术的发展与展望
科技创新 随着人类向深海进军，动力定位系统（dynamic position- ing,DP）越来越广泛地应用于海上作业船舶（海洋考察船、半 潜船等）、海上平台（海洋钻井平台等）、水下潜器(ROV)和军 用舰船（布雷舰、潜艇母船等）。它一般由位置测量系统，控制 系统，推力系统三部分构成。位置测量系统（传感器）测量当 前船位，控制器根据测量船位与期望值的偏差，计算出抗拒 环境干扰力（风、流、浪）使船舶恢复到期望位置所需的推力， 推力系统进行能量管理并对各推力器的推力进行分配，推力 器产生的推力使船舶(平台)在风流浪的干扰下保持设定的航 向和船位。动力定位系统的核心是控制技术，它标志着动力 定位系统的发展水平。 动力定位控制技术的发展 计算机技术，传感器和推进技术的发展，无疑给动力定 位系统带来了巨大的进步，但是真正代表动力定位技术发展 水平的还是控制技术的发展。至今动力定位控制技术已经经 历三代，其特点分别是经典控制理论、现代控制理论和智能 控制理论在动力定位控制技术中的应用。对应的是第一，二， 三代动力定位产品。 进入九十年代以后，智能控制方法在动力定位系统获得 广泛应用，逐步形成了第三代动力定位系统。Katebi等在 1997年,Donha和Tannuri2001年研究了基于鲁棒控制的 控制器，1998年，Thor I.Fossen做了全比例实验，采用李亚 普洛夫设计被动非线性观测器。非线性随机过程控制方法的 应用以及欠驱动控制逐渐成为研究的热点。神经网络，模糊 控制，遗传算法等等理论给动力定位系统控制器的研究开辟 了一片新的天地。 国内外常用的动力定位控制技术 1.PID控制 早期的控制器代表类型，以经典的PID控制为基础，分 别对船舶的三个自由度：横荡，纵荡，艏摇进行控制。风力采 用风前馈技术。根据位置和艏向偏差计算推力大小，然后确 定推力分配逻辑产生推力，实现船舶定位。这种方法在早期 曾取得成功。但是它有不可避免的缺陷：一是除了风前馈以 外，位置和艏向控制都不是以模型为基础的，属于事后控制， 控制的精度和响应的速度都有局限性；二是若在PID控制器 的基础上，采用低通滤波技术，可以滤除高频信号，但它却使 定位误差信号产生相位滞后。这种相位滞后限制了可以用于 控制器的相角裕量，因此滤波效果越好，则对控制器带宽和 定位精度的限制就愈大；三是PID参数难以选择，一旦海况 和船体有变化，PID参数将不得不重新选择。 2.LQG控制 Kalman滤波和最优控制相结合形成了线性二次高斯型 LQG控制（Linear Quadratic Guass），基于LQG控制的第二代 动力定位系统应用非常广泛。现代较多商用船舶的DP系统 都是采用的这种控制方式。 Kalman滤波器或扩展Kalman滤波器接收测量的船舶 运动综合位置信息，实现以下功能:1)滤除测量噪声和船舶高 频运动信号；2)给出船舶低频运动的状态估计值，该估计值 反馈提供给LQG最优控制器；3)状态递推，实时修正低频估 计值，在传感器故障无数据时，系统也能正常运行一段时间。 由于采用Kalman滤波或扩展Kalman滤波,取样和修正 能在同一个周期内完成,因而解决了控制中存在的由于滤波 而导致的相位滞后问题。LQG控制在节能、安全、鲁棒性能 上都有比较大的进步。控制精度和响应速度满足了大部分需 求。但它也有如下缺点：一是模型不够精确。动力定位系统设 计时,是在假设一系列固定的艏摇角度(一般线性化为36个 艏摇角,从0°到360°,间隔为10°)或者假设艏摇很小（采用小 角度理论）的基础上对运动方程进行线性化而获得的模型。 而实际的船舶定位过程是一个复杂的高度非线性的过程。上 述假设条件势必带来误差；二是计算工作量比较大。船舶动力定位系统控制技术的发展与展望 余培文陈辉刘芙蓉 摘要：船舶动力定位是深海开发的关键技术之一，随着海上油气生产向深海的发展，动力定位系统会更受重视，对控制技术也会提出更高的要求。本文简要介绍了动力定位控制技术的发展过程以及一些代表性的控制技术 在动力定位中的应用，包括PID控制，最优控制，模型参考自适应控制，反步法，模糊控制，神经网络等，最后 对动力定位控制技术的发展热点做了展望。 关键词：动力定位控制技术展望 44 CWT中国水运2009·2
船用动力定位DP系统概述(报告精选)
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目录 船用动力定位DP系统概述 (3) 第一节船用动力定位DP系统的定义和分类 (3) 一、动力定位DP0系统 (3) 二、动力定位DP1系统 (3) 三、动力定位DP2系统 (3) 四、动力定位DP3系统 (3) 第二节船用动力定位DP系统的市场情况 (4) 一、动力定位DP1系统的市场情况 (4) 1、全球 (4) 2、中国 (5) 二、动力定位DP2系统的市场情况 (8) 1、全球 (8) 2、中国 (8) 三、动力定位DP3系统的市场情况 (10) 1、全球 (10) 2、中国 (11) 2
船用动力定位DP系统概述 第一节船用动力定位DP系统的定义和分类 国际海事组织和国际海洋工程承包商协会将DP定义为动力定位船舶需要装备的全部设备，包括动力系统、推进器系统和动力定位控制系统。 由于海上作业船舶对动力定位系统的可靠性要求越来越高，IMO和各国船级社都对DP提出了严格要求，制定了三个等级标准。设备等级一（DP1）：在单故障的情况下可能发生定位失常。设备等级二（DP2）：有源组件或发电机、推进器、配电盘遥控阀门等系统单故障时不会发生定位失常，但当电缆、管道、手控阀等静态元件发生故障时可能会发生定位失常。设备等级三（DP3）：任何但故障都不会导致定位失常。DP的分级主要考虑设备的可靠性和冗余度，目的是对动力定位系统的设计标准、必须安装的设备、操作要求和试验程序等作出规定，保证DP安全可靠运行，并避免在DP作业时对人员、船舶、其他设备造成损害。 一、动力定位DP0系统 DP0船舶装备一套集控手动操作系统和航向自动保持的动力定位系统（DPS），能在最大环境条件下，使船舶的位置和航向保持在限定范围内。 二、动力定位DP1系统 DP1船舶装备具有自动定位和航向自动保持的动力定位系统（DPS），另外，还有一套独立的集控手动操作系统和航向自动保持的动力定位系统，能在最大环境条件下，使船舶的位置和航向保持在限定范围内。 三、动力定位DP2系统 DP2船舶装备系统具有自动定位和航向自动保持的动力定位系统（DPS），另外，还有两套独立的集控手动操作系统和航向自动保持的动力定位系统，即使船舶发生单个故障，能在最大的环境条件下，使船舶的位置和航向保持在限定范围内。 四、动力定位DP3系统 DP3船舶装备具有自动定位和航向自动保持的动力定位系统（DPS），另外， 3
船舶动力定位非线性控制研究
船舶动力定位非线性控制研究 船舶动力定位是指船舶依靠自身推进系统产生的动力,抵抗由浪、流、风引起的海洋环境扰动的影响,以一定姿态定位于海面某目标位置或沿着预设轨迹航行。动力定位系统具有不受水深限制、定位精度高、机动性强等特点,被广泛应用于供给船、铺管船、救援船和石油钻井平台等。 由于作业中的船舶操纵条件及所处的海洋环境等时常发生变化,船舶动态及所遭受到的环境扰动存在明显的不确定性。船舶推进系统由于物理限制,导致其为船舶提供的控制力和力矩会受到饱和约束。 此外,船舶速度通常是不可测的。因此,船舶动力定位控制问题是具有挑战性的一类复杂不确定非线性系统控制问题。 开展船舶动力定位非线性控制研究,具有重要的理论意义和实际应用价值。本文的主要研究工作如下:1.针对未知时变扰动下的船舶动力定位控制问题,考虑存在输入饱和的情况,应用扰动观测器、辅助动态系统和动态面控制方法,设计了动力定位鲁棒自适应非线性控制律,动态面控制方法避免了中间控制函数的求导运算,使控制律计算简单;又考虑推进器动态、船舶动态模型参数不确定性,利用扰动观测器、辅助动态系统与指令滤波逆推方法,设计了动力定位鲁棒非线性控制律,引入指令滤波器,使所设计的控制律计算简单,且指令滤波器引起的滤波误差被补偿,动力定位控制律的性能被改善。 此外,通过构造扰动观测器,结合投影算法及矢量逆推方法,设计了动力定位鲁棒自适应非线性控制律,保证了动力定位控制系统的全局渐近稳定性。2.针对存在动态不确定性和未知时变扰动的船舶动力定位控制问题,利用径向基函数神经网络、带死区的自适应技术、鲁棒控制项和矢量逆推方法,设计了动力定位鲁
棒自适应非线性控制律,自适应神经网络在线逼近船舶不确定动态,在自适应律中引入死区,避免了自适应参数的漂移,鲁棒控制项补偿未知时变扰动和神经网络逼近误差,提高了动力定位控制律的鲁棒性;进一步考虑输入饱和问题,引入辅助动态系统处理输入饱和,结合径向基函数神经网络、自适应技术、鲁棒控制项和动态面控制方法,设计了动力定位鲁棒自适应非线性控制律。 此外,通过建立一个线性外部系统并对其进行标准型变换,标准型的输出方程为线性参数化回归模型,用来表示未知时变扰动;然后,构造状态观测器估计该回归模型的回归器,则未知时变扰动被表示成线性参数化形式,使得船舶动力定位扰动补偿问题转化成了自适应控制问题;再将投影算法与矢量逆推方法相结合,设计了动力定位鲁棒自适应非线性控制律,保证了动力定位控制系统的全局渐近稳定性。3.针对速度不可测、动态不确定以及存在未知时变扰动的船舶动力定位输出反馈控制问题,构造高增益观测器估计不可测的船舶速度,再结合径向基函数神经网络、自适应技术和矢量逆推方法,设计了仅依赖于船舶位置和艏摇角测量值的船舶动力定位鲁棒自适应输出反馈控制律;进一步考虑输入饱和问题,引入辅助动态系统处理输入饱和,结合高增益观测器、径向基函数神经网络、自适应技术和动态面控制方法设计了动力定位鲁棒自适应输出反馈控制律。 4.利用Matlab/Simulink工具箱对上述研究设计的动力定位控制律分别进行了数值仿真实验研究,仿真结果表明,所设计的动力定位控制律能够有效解决船舶存在的未知时变扰动、动态不确定性、输入饱和以及船舶速度不可测量等问题,使船舶位置和艏摇角在不同海况下均可定位于期望值上,实现船舶动力定位。
船舶动力定位技术简述
1.动力定位技术背景 1.1 国外动力定位技术发展 目前，国际上主要的动力定位系统制造商有Kongsberg公司、Converteam公司、Nautronix公司等。 下面分别介绍动力定位系统各个关键组成部分的技术发展现状。 1．动力定位控制系统 1)测量系统 测量系统是指动力定位系统的位置参考系统和传感器。国内外动力定位控制系统生产厂家均根据船舶的作业使命选择国内外各专业厂家的产品。位置参考系统主要采用DGPS，水声位置参考系统主要选择超短基线或长基线声呐，微波位置参考系统可选择Artemis Mk 4，张紧索位置参考系统可选择LTW Mk，激光位置参考系统可选择Fanbeam Mk 4，雷达位置参考系统可选择RADius 500X。罗经、风传感器、运动参考单元等同样选择各专业生产厂家的产品。 2)控制技术 20世纪60年代出现了第一代动力定位产品，该产品采用经典控制理论来设计控制器，通常采用常规的PID控制规律，同时为了避免响应高频运动，采用滤波器剔除偏差信号中的高频成分。 20世纪70年代中叶，Balchen等提出了一种以现代控制理论为基础的控制技术-最优控制和卡尔曼滤波理论相结合的动力定位控制方法，即产生了第二代也是应用比较广泛的动力定位系统。 近年来出现的第三代动力定位系统采用了智能控制理论和方法，使动力定位控制进一步向智能化的方向发展。智能控制方法主要体现在鲁棒控制、模糊控制、非线性模型预测控制等方面。 2001 年5 月份，挪威著名的Kongsberg Simrad 公司首次展出了一项的新产品—绿色动力定位系统（Green DP），将非线性模型预测控制技术成功地引入到动力定位系统中。Green DP 控制器由两部分组成：环境补偿器和模型预测控制器。环境补偿器的设计是为了提供一个缓慢变化的推力指令来补偿一般的环境作用力；模型预测控制器是通过不断求解一个精确的船舶非线性动态数学模型，用以预测船舶的预期行为。模型预测控制算法的计算比一般用于动力定位传统的控制器设计更加复杂且更为耗时，主要有三个步骤：1.从非线性船舶模型预测运动；2.寻找阶跃响应曲线；3.求解最佳推力。控制器结构如图所示[1]： 图1.1Green-DP总体控制图
高性能船舶动力定位系统技术分析
高性能船舶动力定位系统技术分析 摘要：对国外一些船舶动态定位控制系统设计方案的控制精度和响应速度控制 问题等进行了分析和研究，提出了相应的改进方案。根据定位控制系统设备情况 的基本配置，分析了系统的基本工作原理，得到了定位控制系统的基本数学模型 和传递函数，并根据控制系统的工作特性提出了解决问题的方法。该方法采用了 控制系统中的神经网络控制算法，代替了原方案中的多级系统控制算法。与改进 方案的控制性能相比，改进方案的控制性能大大提高。 关键词：高性能；船舶；定位系统；技术分析 1 前言 某造船厂为国外某公司承造的多用途工作船具有向钻井平台输送物资、起锚、消防、救生及拖带船舶和钻井平台等作业功能。根据该船设计任务书的要求，该 船必须配置动力自动定位系统，既能克服自动化操船问题，又能解决该船在大风 浪下的安全作业问题。该系统原由国外某公司进行设计，使用表明，其系统的设 计方案基本可行，但尚有改进之处。本文对该系统的基本设计思路进行了分析和 研究，提出了系统的设计改进方案，仿真结果表明该改进方案优于原设计方案， 可供有关人员参考及借鉴。 2 原设计方案 根据DNV规范及船东的要求，设计方提出了本船动力定位系统的设计方案的 基本配置如下： 2.1电力系统 电力系统包括2台2 000 kW的轴带发电机，2台1 360 kW及500 kW的主柴 油发电机，1台200 kW的应急发电机，12屏的主配电板一个，应急配电板一个，电站设有电站管理系统，可实现自动起停机组、自动并车、转移负载、大功率负 载询问、故障报警及处理功能。电力系统为动力定位系统的侧推、方位推等设备 提供驱动动力，为各设备及控制系统提供工作电源。 2.2推进系统 推进系统包括2台主机及齿轮箱、2根轴系及2个可调桨、2台舵机、艏艉侧推及方位推各1个以及相关的辅助设备等。在推进系统中，方位推与艏侧推、艉 侧推与桨及舵、主机与轴带电机之间可互为备用，能够保证推进系统的有效运性，从而确保动力定位系统的功能能够安全可靠地实现。推进系统的各主要设备均通 过通讯线路与动力定位控制系统相联，可由动力定位系统自动控制或人工操控， 实现动力推进功能。 2.3动力定位控制系统 该系统包括动力定位操作台、便携式定位操作板、动力定位系统控制器等设备。能够实现：手动操作、自动转向、自动定位、自动寻迹航行、自动导航和自 动跟踪目标航行等功能。动力定位操纵台：该操纵台为动力定位系统的主要控制 中心，配有显示器及操纵杆等设备。便携式操作板可作为动力定位操作台的备用 设备，其接线盒分别安装驾驶室的前后台、左右两翼及后操作椅上共5个位置。 动力定位系统控制器：该装置为动力定位系统信号采集、控制信息处理中心。本 船采用的动力定位控制处理器将采集到的各种信号进行分析处理后，送到控制模 块进行运算，并将得出的控制指令发送至所控制的推进或报警设备，实现船舶推 进控制及报警等功能。 3 动力定位控制系统设计原理
动力定位 (修复的)
船舶动力定位系统模型 摘要随着油气开采逐渐向深海发展,传统的一般的锚泊系统已经不能满足深海地域定位作业要求，动力定位因其在深海作业中无可替代的优势而被越来越广泛的应用。本文给出了简单的深海作业船舶外载荷的计算，建立了简单的船舶动力定位系统模型。 关键词动力定位外载荷计算动力分配与优化 引言 由于海洋开发的不断深入和地域的扩展，传统的一般的锚泊系统已经不能满足深海地域动力定位作业要求，但是船舶动力定位系统能够好的满足这一要求。以前，船舶在浅海作业时，如果要求船舶的位置保持不变，通常采用的是传统的锚泊定位。但是随着作业海域的海水深度不断增加，或者作业海域海底的海况比较复杂，不允许抛锚，那么传统的锚泊系统就很难使船舶保持原来的位置。所以船舶动力定位系统就在这种情况下应运而生了。传统的抛锚定位是将锚抛入海底，锚爪会抓住海底的淤泥，来抵抗船舶所受到的干扰力。锚的优点是:锚是任何船舶都有的设备，不需要额外的加装定位设备。但是它的缺点是:定位不准，而且抛锚、起锚费时比较麻烦，机动性能比较差。最至关重要的是它还受到水深的限制，其有效定位范围在水深100米以内的区域。船舶动力定位是依靠本船的动力，在控制系统的控制下抵抗外部的干扰，使其保持一定姿态和腊向、悬停于空间一定点位置。动力定位系统具有不受海水深度影响、定位快速准确等特点。
1、动力定位系统简介 任何一条船舶或者海洋运动体，它有六个自由度的运动，三个平移运动和三个旋转运动，这其中包括:纵荡，横荡，垂荡，舷摇，纵摇和横摇，如下图1。 图1 船舶六自由度运动示意图 动力定位系统包括了对船舶六个自由度的自动控制，所有这些的控制都是根据操作器所设定的位置值和舶向设定值，通过位置值和舷向的值的测量可以获得需要设定值与现在位置的差值。位置值的测量可以通过一系列的传感器获得，而脂向值是通过一个或多个罗盘获得的。设定值与反馈值的差值就是偏差量，而动力定位系统的任务就是尽量减小这种偏差值。船舶必须在受到外部干扰的时候，控制自己的船位和舷向在最小的误差范围之内，如果这些外部干扰力可以及时准确的被测量，那么控制计算机就可以及时的提供补偿。动力定位系统除了可以保持船舶的位置和舶向之外，还可以控制改变船舶的位置和舷
船舶动力定位技术简述
船舶动力定位技术简述 1.动力定位技术背景 1.1 国外动力定位技术发展 目前，国际上主要的动力定位系统制造商有Kongsberg公司、Converteam公司、Nautronix公司等。 下面分别介绍动力定位系统各个关键组成部分的技术发展现状。 1(动力定位控制系统 1)测量系统 测量系统是指动力定位系统的位置参考系统和传感器。国内外动力定位控制系统生产厂家均根据船舶的作业使命选择国内外各专业厂家的产品。位置参考系统主要采用DGPS，水声位置参考系统主要选择超短基线或长基线声呐，微波位置参考系统可选择Artemis Mk 4，张紧索位置参考系统可选择LTW Mk，激光位置参考系统可选择Fanbeam Mk 4，雷达位置参考系统可选择RADius 500X。罗经、风传感器、运动参考单元等同样选择各专业生产厂家的产品。 2)控制技术 20世纪60年代出现了第一代动力定位产品，该产品采用经典控制理论来设计控制器，通常采用常规的PID控制规律，同时为了避免响应高频运动，采用滤波器剔除偏差信号中的高频成分。 20世纪70年代中叶，Balchen等提出了一种以现代控制理论为基础的控制技术-最优控制和卡尔曼滤波理论相结合的动力定位控制方法，即产生了第二代也是应用比较广泛的动力定位系统。
近年来出现的第三代动力定位系统采用了智能控制理论和方法，使动力定位控制进一步向智能化的方向发展。智能控制方法主要体现在鲁棒控制、模糊控制、非线性模型预测控制等方面。 2001 年 5 月份，挪威著名的 Kongsberg Simrad 公司首次展出了一项的新产品—绿色动力定位系统(Green DP)，将非线性模型预测控制技术成功地引入到动力定位系统中。Green DP 控制器由两部分组成:环境补偿器和模型预测控制器。环境补偿器的设计是为了提供一个缓慢变化的推力指令来补偿一般的环境作用力;模型预测控制器是通过不断求解一个精确的船舶非线性动态数学模型，用以预测船舶的预期行为。模型预测控制算法的计算比一般用于动力定位传统的控制器设计更加复杂且更为耗时，主要有三个步骤:1.从非线性船舶模型预测运动;2.寻找阶跃响应曲线;3.求解 [1]最佳推力。控制器结构如图所示: 图1.1Green-DP总体控制图 荷兰的Marin在20世纪80年代初期即确定了关于推进器和动力定位的研究计划，并开展了动力定位的模型实验，内容包括:?推进器和推进器之间的相互作用;?推进器和船体之间的相互作用;?环境力和船舶的低频运动。研究结果产生了应用于动力定位的模拟程序RUNSIM，包括模拟实验的程序DPCON和理论模型计算的程序
动力定位系统概况
船舶动力定位概况 一、船舶为什么需要“动力定位系统”？ 长期以来，船舶在近浅海和内陆水域里，人们都是采用抛锚技术来保持船位在水面上相对稳定。这种定位技术的最大特点就是：锚必须牢固地抓住水下的固定物体（陆基），并且一旦锚通过锚链将船舶的位臵固定后，船上的推进设备及其辅助设施和相应的控制系统便停止运行，完全处于停电（电力推进）和停油、停气（柴油机推进）工况。 但是，随着地球上人口的急剧增加，科学技术的飞速发展，人们的生活水平日益提高，世界对能源的需求量越来越大。陆地上资源的开采和供应日趋极限，甚至出现紧缺的态势。这就迫使世界各国必须把经济发展的重点转移到海洋上。因为占地球总面积2/3以上的浩瀚大海里，有极其丰富的海水化学资源、海底矿产资源、海洋大量资源和海洋生物资源。 可以预料，21世纪将是人类全面步入海洋经济的时代，人们对海洋的探索和开发的范围将越来越广，对海洋的探索和开发的手段也越来越先进，对海洋探索和开发的领域由近海浅海日趋向远海深海发展。目的只有一个，就是将浩瀚大海里的资源开发出来，供人类充分使用。因而，世界各国便随之研究开发出各式各样的、不同类型的深远海作业的浮式生产系统，诸如半潜式钻井平台、多用途石油钻井平台供应船、科学考察船和海洋资源调查船等等。这些浮式生产作业系统有一个共同的特点：就是在浩瀚深邃的大海上，能够按照人们的要
求将其位臵稳定在地球的某个坐标范围里；就像抛锚定位那样，将这些浮动的作业体牢牢地锁定在人们期望的浩瀚深邃的大海的某个位臵上。这便进一步诱发了世界各国对深远海作业的浮式生产系统的定位技术和系泊方式的研究。 在一般的近浅海水深情况下，浮式生产系统的系泊定位主要采用锚泊系统。但是，随着水深的增加，锚泊系统的抓底力减小，抛锚的困难程度增加。同时，锚泊系统的锚链长度和强度都要增加，进而使其重量剧增，这必然使海上布链抛锚作业变得更加复杂，其定位功能也会受到很大的限制，定位的效果也不尽人意。同时，这种系泊锚和锚链的造价以及安装费用也会猛增。在深远海的情况下，这些问题将会更加突出，锚泊技术将无济于事。 既然传统的锚泊系统在深远海域绝对无法使用，在二十世纪五、六十年代，世界各国特别是西欧开始研究新的船舶定位技术和系统。直到上个世纪六十年代后期，一种有别于锚泊系统的新的船舶定位系统诞生了——这就是动力定位系统。 二、什么是“船舶动力定位系统”？ 我们知道，一艘船舶（或浮式生产作业系统）停泊在海面上作业，假如是在风平浪静的状况下，它还能够保持自己的位臵不变。但是，海洋上的自然环境因素（风、浪、流）是千变万化的，一艘船舶（或浮式生产作业系统）在海面上绝对是无法保持自己位臵稳定的，它在风、浪、流的作用下，产生纵摇、横摇、纵荡、横荡、艏摇、升降6个自由度的运动，使船舶漂移离开人们期望的目标位臵。其中风和水
船舶动力定位系统在海洋工程中的应用
船舶动力定位系统在海洋工程中的应用 摘要；据了解，没有绝对不动的海洋，甚至看起来是碎片的海洋，而且受海流和海流影响的船只正在迅速或缓慢地移动。今天，许多科学调查，特别是海底地质调查，从广泛的地表调查到小的、甚至是地缘政治的详细调查船，对准确性、勤奋工作的要求超出了许多常规测量线的能力。为了应对这一变化，越来越多的调查开始采用动态定位系统。科学考试是一个良性循环，通过精确的功率分布（以下简称DP），大大提高了抽样的准确性和质量。本文针对船舶动力定位系统在海洋工程中的应用开展分析。 关键词：动力定位；海洋科学考察；调查船；海洋 引言 为了与国家建立海洋大国的战略保持一致，并突破深海资源勘探的新突破，将越来越多地采用细分和标明的勘探方式。这样，DP将成为地质测量线的标准。近年来，新的研究船（如东方红3号、海洋质量10号、谢尔顿2号、知识经济湖等）毫无例外地拥有DP系统。随着调查法庭广泛使用dp，预计我们的海上调查能力和水平将提高质量。 1、船舶动力定位功能简介 船舶的动态定位是不要通过锚、锚链、锚机和其他装置将船舶与海底连接起来，而通过不同方向的多个发动机推进的推力使船舶能够不偏离一种定位方法。船舶动态定位系统[1]主要由三个主要部分组成：螺旋桨和动力系统、控制系统、位置参考系统。整个系统以控制系统为基础。控制系统决定了船舶的位置、目前和未来状态，如接收地参考系统中的风速、波浪和其他外部环境信号，并在此基础上向螺旋桨和动力系统发出指令，从而及时修正船舶的方向和位置，确保船舶今后的方向和位置。根据国际海事组织（海事组织）的定义，动态定位船只根据动态定位装置的配置分为三级：DP1，动态定位装置允许一次动态定位系统故障造成船只丢失；DP2—具有动态定位能力，动态定位系统中的单个活动元件或系统不工作，不会造成空间损失。当有足够的保护时，静态部分的故障通常不予考虑；DP3–满足第2级条件，任何常规静态部分假定不再有效，动态定位的所有组成部分应用水密封和灭火隔开。根据上述水平，随着水平的提高，船舶的安全性将大大提高，但船舶的技术配置将相应提高，船舶成本也将相应提高。 2、主要海洋工程对动力定位船舶能力需求 目前，海洋工程主要有水建筑起吊、水下结构起吊、海底管道铺设、海底电缆铺设、潜水作业等。 2.1水上结构物吊装 目前，海洋设备的水产量已经达到1000多吨。发生事故时，起重工程船一般不能及时安全地卸下悬挂的结构物。事故可能对悬挂结构本身或周围的设施、船舶、甚至自卸汽车本身造成严重后果。因此，用于吊装水结构的动态定位工程船的可靠性要求较高。dp3级动态定位水平较为可取，特别是在海洋条件较为复杂和恶劣的深海地区。动态定位DP2级也适用于在状况良好的海上作业的动态定位拖船。 2.2水下结构物吊装 由于水下结构的起升不难观察，发生位置损失后，其后果难以预测，因此，工程船的动态定位功能必须非常可靠。DP3级动态定位是海上工程船提升海底结构的必要配置。
船舶动力定位现在很有前景的
船舶动力定位现在很有前景的，主要应用领域就是在多用途工程船，油田服务船，海洋工程，海洋石油平台等领域。尤其是海洋石油领域需求很大，因为围绕海洋工程的船舶和石油平台都经常需要长时间定位于海上某一位置，进而进行海上工程，或者进行钻井采油活动，动力定位分为3个等级，DP1，DP2，DP3,一般多用途船舶达到DP2就可以，石油平台一般需要DP3。 目前国外的动力定位技术已经很成熟，国内只有上海708研究所在此领域成功研发出有自主知识产权的我国动力定位系统，已经达到了DP3的水平，但是国内的很多动力定位系统都是靠进口的。这个市场是很大的，因为目前海洋石油正蓬勃发展，新型的多用途船舶，石油平台也会增加很快，因此前景不错 DP Class 1,2 and 3 IMO Class 1 Loss of position may occur in the event of a single fault. Class 2 Loss of position should not occur from a single fault of an active component or system such as generators, thruster, switchboards, remote controlled valves etc. But may occur after failure of a static component such as cables, pipes manual valves etc. Class 3 Loss of position should not occur from any single failure including a completely burnt fire subdivision or flooded watertight compartment. A single fault includes a single inadvertent act by any person onboard the vessel. The Classification Societies define the different class as follows: ABS DPS 1 Vessels are to be fitted with a dynamic positioning system which is capable of automatically maintaining the position and heading of the vessel under specified maximum environmental conditions having an independent centralized manual position control with automatic heading. DPS 2 Vessels are to be fitted with a dynamic positioning system which is capable of automatically maintaining the position and heading of the vessel within a specified operating envelope under specified maximum environmental conditions during and following any single fault excluding a loss of compartment or compartments. DPS 3 Vessels are to be fitted with a dynamic positioning system which is capable of automatically maintaining the position and heading of the vessel within a specified operating envelope under specified maximum environmental conditions during and following any single fault including a loss of a compartment due to fire or flood. D.N.V. AUT An automatic position keeping system with a remote thrust control back up and a position reference back up. AUTR An automatic position keeping system with redundancy in Technical design. AUTRO An automatic position keeping system with redundancy in technical design and physical arrangement. Lloyds DP(AM) This notation is assigned when a ship is fitted with automatic and standby manual controls for position keeping and with position reference system(s) environmental sensor(s) and machinery arrangements as defined in section 5.2 (within LR Rules)
文献综述-船舶动力定位控制技术研究
文献综述 电气工程及其自动化 船舶动力定位控制技术研究 前言:随着人类不断地深入海洋，人们对海洋的开发和探索的范围越来越广。由于海面上的不稳定因素很多，风、海、浪对船舶的运动以及在海面上的位置有很大的影响，因此对船舶在海洋中的控制的要求越来越高。以往，大多船舶采用锚泊等方法进行定位，所需建设工程时间较长，尤其在深海处，锚泊定位方法存在较大困难。因此，船舶动力定位也就应运而生了。船舶动力定位有别于传统的定位方法，船舶动力定位是依靠自身的动力，在控制系统的指挥下抵抗外界的干扰，使其保持某一姿态和艏向、悬停于空间任何一定点位置。它具有不受海水深度影响、定位准确快速等特点。在船舶动力定位系统中，控制系统是它的核心部分。随着控制技术的不断的发展，船舶动力定位控制技术得到快速的提高。至今，动力定位控制技术也经历了三代的发展，其特点分别是经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论在动力定位控制技术中的应用。模糊控制技术作为一种智能控制技术，其具有可以不依赖于对象的精确模型，鲁棒性好，响应速度快，抗干扰能力强的特点，考虑到船舶动力定位的特点，模糊控制技术还是比较适合的一种动力定位控制技术[1]。 正文：船舶在海上运行时会遇到风、海浪和海流等海洋环境的干扰，这样船舶就产生了受扰运动。例如科学考察船在海上进行作业时，需要停在指定的位置上。但是由于海上环境的影响，考察船不能一直停在指定的位置上。因此为了确保船舶在海上运作的稳定性，需要对船舶进行定位。以往，传统的定位方法是锚泊定位。传统的抛锚定位是将锚扔入海底，利用锚钩住海底的淤泥，从而使船舶抵抗受到的外界的干扰力。抛锚定位它的优点是，锚是任何船舶上都会备有的定位设备，从而不用另外加装其他的定位设备。但是这种定位系统有不可避免的缺陷：1、定位不够准确，其精确性与水深成反比；2、抛锚、起锚费时比较麻烦，机动性能差。一旦抛锚，如果需要重新定位时，需要收锚然后重新抛锚定位，这一过程本身就很繁琐和费时。3、锚泊系统很容易受海底情况及水深的影响和限制，在一般情况下，它的有效定位的范围是在水深100米左右的区域。4、对于一些需要在深海作业或者航行的船舶，随着水深的增加，锚泊系统的抓底力会逐渐减小，抛锚的困难程度也会增加，同时还要增加锚链的长度和加强强度，从而导致锚链的重量一下增大，使海上的布链作业将变得复杂。