动力定位概述
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。
动力定位系统行业概述(上海环盟)
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第一节动力定位系统定义 (2)第二节动力定位系统分类 (2)第三节动力定位系统应用领域 (2)第四节动力定位系统产业链结构 (3)第五节动力定位系统行业新闻动态分析 (3)12第一节 动力定位系统定义动力定位系统（Dynamic Positioning System ）是一种闭环的控制系统，其采用推力器来提供抵抗风、浪、流等作用在船上的环境力，从而使船尽可能地保持在海平面上要求的位置上，其定位成本不会随着水深增加而增加，并且操作也比较方便。
第二节 动力定位系统分类国际海事组织（IMO ）根据历代动力定位系统的功能和冗余度，将其划分为1级、2级和3级，其中3级动力定位系统的级别最高，性能最先进。
图表- 1：各级动力定位系统对比第三节 动力定位系统应用领域动力定位系统不仅应用于停船定位，而且还能应用于船与船间的航距固定。
尤其是海上补给船在航行中进行补给作业时，需要保持操纵安全可靠的航行距离，动力定位系统通过对船舶各推进器的自动精确控制，使船舶在海上航行中进行补给不再成为难事。
动力定位系统还应用于海底电缆铺设、检修，海底管线铺设，倾倒岩石，采沙挖泥，海底管线挖沟，潜水，ROV ，海上打捞救生，以及深海石油开采等海洋作业的平台定位。
第四节动力定位系统产业链结构动力定位系统产业链由上游原材料、零部件供应，中游生产制造企业，下游应用市场组成。
动力定位系统行业上游是核心零部件，主要的是传感器、船舶推进器、控制台、人机界面、动力系统等，下游主要应用于海洋钻井船、平台支持船、潜水器支持船、管道和电缆敷设船、科学考察船等水上作业平台。
图表- 2：动力定位系统产业链分析****整理第五节动力定位系统行业新闻动态分析中船航海科技有限责任公司与荷兰Praxis公司于2015年在中国国际海事会展期间举行了动力定位系统合作签约仪式。
动力定位系统发展状况及研究方法
四、结论与建议
3、加强人才培养和队伍建设。通过加强人才培养和引进高素质人才，建立专 业化的研发和运维团队，为动力定位系统的可持续发展提供有力保障。
四、结论与建议
4、拓展应用领域和市场。积极探索动力定位系统在其他领域的应用，如水上 运动、环保工程等，拓展新的市场和应用领域。
参考内容
内容摘要
随着全球定位系统（GPS）的不断发展，船舶动力定位系统（Dynamic Positioning System，DPS）已经成为海洋工程领域中不可或缺的一部分。然而， 船舶在复杂海况下易受风、浪、流等多种因素影响，使船舶位置和姿态难以保持。 为了解决这个问题，多传感器信息融合技术被引入到船舶动力定位系统中，以提 高船舶定位和姿态控制的精度。
2、基于神经网络的信息融合方 法
2、基于神经网络的信息融合方法
神经网络是一种模拟人脑神经元结构的计算模型，具有强大的非线性映射能 力和自学习能力。在船舶动力定位系统中，神经网络可以用于实现对船舶位置、 姿态等参数的估计和预测。常用的神经网络包括多层感知器（MLP）、递归神经 网络（RNN）和卷积神经网络（CNN）等。
二、动力定位系统的发展过程
1、初期发展
1、初期发展
动力定位系统的初期发展始于20世纪60年代，当时该技术主要应用于海洋石 油钻井平台。随着技术的不断发展，动力定位系统的应用范围也逐渐扩大，包括 海洋工程、海洋科学、水下考古等多个领域。
2、技术更新换代
2、技术更新换代
随着技术的不断进步，动力定位系统的性能得到了大幅提升。从最初的机械 式稳定平台到现在的计算机控制的动力定位系统，其技术更新换代迅速。近年来， 随着人工智能、物联网等技术的不断发展，动力定位系统的智能化、自动化程度 也越来越高。
动力定位(DP)系统简介
动力定位(DP)系统简介作者：王卫卫来源：《广东造船》2014年第01期摘要：随着海洋工程项目的蓬勃发展，动力定位系统(简称DP系统)的应用已越来越广泛。
本文对DP系统等级、工作原理以及根据船级社不同入级符号的设备配置等作了简单的介绍，希望能够对大家以后的开发设计及生产有所帮助。
关键词：DP；入级符号；特点；工作原理中图分类号：P751文献标识码：AInvestigation of Dynamic Positioning SystemWANG Weiwei( Guangzhou Shipyard International Co., Ltd. Guangzhou 510382 )Abstract: The application of Dynamic Positioning System (DP system) is more and more popular because of development of ocean project. The article introduce the level of DP system, work principle, the requirement of equipment according to different DP notations. I hope it is helpful to exploder, design and production in the future.Key words: DP;Classification notation;characteristic;work principle1前言动力定位系统（Dynamic Positioning System）简称DP系统，是从上个世纪70年代逐渐发展起来的，并逐步由浅水海域向深水海域发展，应用于各种海洋工程、海上科考、水下工程等领域。
随着船舶自动化程度越来越高，DP系统的定位能力以及自动化程度也越来越高，而以上各类领域的工程项目也越来越离不开带有DP系统的海上钻井平台和船舶。
动力定位的名词解释
动力定位的名词解释动力定位是一种技术手段，通过使用推进系统组合和姿态控制系统，使船舶、深潜器或无人潜水器能够在海洋中精确地定位并保持合适的位置。
它是一项关键的海洋工程技术，广泛应用在海洋科研、海洋石油勘探、海底管道铺设、海底救援等领域，为人类在海洋环境中开展各种活动提供了重要的支持。
一、动力定位的基本原理动力定位的基本原理是通过利用船舶或潜水器上的推进系统和姿态控制系统，根据外部环境的变化实时调整，以保持船舶或潜水器的位置和方向稳定。
推进系统能控制船舶或潜水器的位置和运动速度，常用的推进系统包括船舶的推进螺旋桨和潜水器的水动力推进器。
当环境变化导致船舶或潜水器偏离目标位置时，推进系统会相应地调整船舶或潜水器的推进力，使其回到目标位置。
姿态控制系统用于控制船舶或潜水器的姿态，包括船舶的舵机和潜水器的姿态控制锚。
当环境变化导致船舶或潜水器产生偏航、横倾或纵倾等姿态变化时，姿态控制系统会相应地通过调整舵角或改变锚点位置来保持船舶或潜水器的稳定姿态。
二、动力定位的关键技术1. 定位系统动力定位依赖于先进的定位系统来获取船舶或潜水器的当前位置信息。
常用的定位系统包括全球定位系统（GPS）、惯性导航系统（INS）、声纳测距系统和激光测距系统等。
借助这些系统，船舶或潜水器可以获取准确的位置信息，并通过与目标位置进行比对，实现精确的定位和控制。
2. 船舶或潜水器的动力系统动力定位需要可靠、高效的动力系统来提供推进力。
船舶常使用内燃机、电动机或涡轮机等推进设备，而潜水器则通常采用水动力推进器。
这些动力系统能够根据实时的环境变化，精确地调整推进力，使船舶或潜水器能够保持目标位置的稳定性。
3. 自适应控制算法自适应控制算法是动力定位的核心技术之一。
通过传感器监测环境变化和目标位置信息，控制算法可以实时调整推进系统和姿态控制系统，以实现船舶或潜水器的精确定位。
自适应控制算法能够根据环境的复杂性和实时需求，快速响应并调整系统参数，以适应不同情况下的定位需求。
概述海上钻井平台的动力定位系统
概述海上钻井平台的动力定位系统动力定位（Dynamic Positioning）系统已经广泛应用于海洋作业船、海洋科考船、深海半潜式钻井平台以及为钻井平台服务的穿梭油轮、储油加工等船舶，目前建造的海洋工程船如风车安装船、穿梭油轮、MPF1000FDPSO和半潜式钻井平台如Sevan650、GM4000等都装备了动力定位系统，这些船根据用途装备的动力定位设备等级不同，因此设备的配置和入级标志也不同，下面作个简单的介绍。
1 动力定位功能及系统组成1.1 动力定位功能动力定位（以下简称DP）是完全依靠推进力方式而不是锚泊方式保持船位（固定位置或预定航线）。
其基本工作原理是利用计算机对接收的卫星定位信号（DGPS）、环境参数（风、浪、流）以及船舶传感器输入的船舶位置信号，自动地与计算机中模拟的预定船位进行比较，推算出保持这一位置需要的各推进器的推力、速度和方向，自动控制推进器工作。
反复地进行比较判断计算和执行控制，使船舶在规定的环境条件下，位置保持在精度允许的范围内。
1.2 DP系统组成DP主要有3大系统组成：电力系统；控制系统；推进系统。
1.2.1 DP电力系统：发电机组；配电系统；功率管理系统。
1.2.2 DP控制系统：计算机及自动控制系统；独立操纵杆系统（手动控制）；传感器系统[电罗经、移动参照传感器（MRU）、风向风速传感器]；位置参照系统[卫星参照系统GPS、激光参照系统（Laser）、雷达参照系统、无线电参照系统、水声参照系统、张紧索参照系统（Tautwire）]。
2 DP设备等级国际海事组织（IMO）通过的《海上移动式钻井平台构造和设备规则1989修正案》中详细地规定了DP设备等级，其文Msc./Cire.645《采用动力定位系统船舶导则》中规定了DP系统的设备等级分别为3级，即：Class1、Class2、Class3（为叙述方便，本文用DP1、DP2、DP3代表3个动力定位设备等级）。
动力定位系统概况汇总
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置固定后，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置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置上。
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。
动力定位DP-3系统介绍
动力定位DP-3系统介绍动力定位(Dynamic Positioning，DP)系统是指在风、浪、流的干扰情况下，不借助锚泊系统，利用自身的推进器系统使海上浮动装置保持一定的位置和艏[1]向，或者按预定运动轨迹运行的闭环控制系统。
根据动力定位的不同冗余度，DP-3要求在出现故障(包括由于失火或进水造成一个舱室的完全损失)后，可[2]在规定的环境条件下，在规定的作业围内自动保持船舶的位置和艏向。
动力定位系统是自上个世界六十年代开始，国外海洋工程为了深水海域的开发而研制出来的自动控制船舶位置的系统。
动力定位船可以根据实时测得的海域环境条件，通过控制船舶的推进器系统，自动保持船舶的位置按照预先设定的轨迹运动。
在国内海洋工程领域，该定位系统越来越成为深水海洋工程船舶的标准配置。
同时，随着中国造船行业的迅猛发展，越来越多的动力定位船在国内船厂建造。
DP-3动力定位控制系统介绍DP-3动力定位控制系统是中央控制系统(Integrated Control System，ICS)中最重要的核心系统之一。
其主要的工作原理为图1所示。
动力定位控制系统的工作原理是:根据位置参照系统测得的船位信息与DP传感器系统测得的环境信息，经滤波后得到估算值，根据估算值与期望值进行比较和运算，然后经推进器分配模块计算后发出对各推进器的指令。
在DP控制系统中，艏向和位置由操作者设定，然后由DP控制器通过发出控制信号到推进器系统，DP控制系统通过推进器控制系统的分配，发布命令到任何一个在使用的推进器，通过改变推进器的运转方向、转速或叶片的螺矩，以调节船位。
出现偏差时，DP控制系统可自动探测并进行适当的调整。
DP控制系统这种控制方式能减少燃料消耗、机器磨损和温室气体排放。
1图1 DP控制系统工作原理动力定位系统是动力定位船的必要的完整装置，主要由电力系统、推进器系统和DP控制系统组成。
任何一个子系统发生故障都可能导致船舶失去定位或艏向保持能力。
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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
系统相关信号传输的精度有关。
4. 动力定位系统的布置要求
根据中国船级社规定，动力定位系统布置如下表所示：
5. 动力定位控制动能分类
1）手动移位
2）自动定位
系统能精确地按指令保持船位；也可以按操作人员的指令自动改变船舶的
位置，船舶自动移位的速度可以有操纵人员设定。
3）自动艏向
4）自动循迹航行（高速与低速）
系统能使船舶精确的按预定轨迹低速移动、或按预定航线高速航行。
在低速航行模式下，船舶循迹精度，而且可以任意设定各航迹段的航向与船速，使船舶沿纵向、横向或斜向移动，此模式的最高船速取决于船舶与辅助推力装置的设计。
在高速循迹航行模式下，船舶艏向将由系统自动根据航线、船速与外界环境力而计算确定。
在航线转弯处，系统可以自动确定转弯半径与船速，也可以预先设定；在此模式下，侧向推进器通常不参与工作。
5）自动操舵驾驶
6）自动跟踪水下目标
7）自动保持移动速度
8）任意中心自动回转
9）其他功能
6. 动力定位控制理论分类
以下分类大概根据其出现年代的顺序。
1. PID控制
以经典的PID控制为基础。
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（Lin ear QuadraticGuasS，目前是最常用的控制理论。
3. 模型参考自适应控制（DMRAC控制）
4. 反步法( Backstepping)
5. 模糊控制(Fuzzy Logic Control)
6. 神经网络(Neural Network Control)
7 .动力定位厂家简述
⑴ .当前世界上较有名的生产动力定位产品的公司有KongsbergSimard,Alstom
和Nautronix三家；其中Kongsberg Simard公司的产品优势占领当前国际船舶动力定位市场。
⑵ .当前世界上生产动力定位产品的公司有：Kongsberg、Alstom、Nautronix、PRAXIS、NORR、NAVIS、CONVERTEAM、L3 Communication Company、AutoNav 等。