船舶动力定位(边信黔,付明玉,王元慧著)思维导图
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。
动力定位船舶推进器系统介绍
动力定位船舶推进器系统介绍推进器的型式和制造厂很多。
推进器的基本功能是提供反抗环境因素的力和力矩，以便使船处于规定的回旋圈内。
推进器分类推进器一般是用来提供动力，提高速度的。
按照原理不同，有螺旋桨、喷气推进器、喷水推进器、特种推进器。
特种推进器又有许多种类，有变距螺旋桨、导管螺旋桨、直翼推进器、喷射推进器、磁流体推进器等。
随着科学技术的发展，推进器在不断发展，会出现各种形式的新型推进器。
应用到动力定位船上的推进器主要有三种：主推进器，槽道推进器和全回转推进器。
这些推进器在动力定位船舶上的布置图如下图所示：推进器布置图1).主推进器对于常规的船舶而言，单轴或双轴的主推进器基本相似。
对于DP船舶，这样的主推进器构成了DP功能的一部分，推进器通常选用可变螺距类型，以恒转速运转。
这将易于使用轴传动交流发电机，如果轴传动装置不以恒速转动将无法使用。
如果安装变频控制系统，可使用变速交流电动机与定螺距推进器联合使用。
下图是一个主推进器：主推进器2).全回转推进器全回转推进器由一个安装在较短槽道内的可控螺距或固定螺距的推进器组成。
该类型推进器凸出于船舶底部，可通过旋转提供任意方向的推力。
全回转推进器利用锥齿轮由上部驱动。
某些情况下，整个推进器可以收到船壳之内。
全回转推进器的优点在于其可以提供任意方向的推力，其经常被用作主推进器。
但是，其难以实现合适的安装，若安装在船舶底部将显著增大船舶的排水量。
如下图所示：全回转推进器3）槽道推进器槽道推进器主要是沿船舶的纵向贯穿安装于船壳上。
其通过锥齿轮由上部电机或柴油机驱动，向左舷或右舷旋转叶片，或者调整转速和方向可以产生推力。
通常可以在船艏或船艉安装2个或3个槽道推进器。
槽道推进器当船舶没有显著的前进或后退时，由槽道推进器产生的作用于船舶上的合回转力矩将十分显著。
当船舶具有运动时，上述推进器产生的效果将急剧减小。
3.2推进器在动力定位系统中的作用推进器使得船舶具有了操作性。
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。
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。
船舶电机1
2.2.2直流电动机的运行特性
串励电动机： 由于串励磁通随负载的增加而增加，从而使转速随负载的增加而迅速下降。 空载转速非常高，机械特性比较软。当负载转矩很小时，转速将异常升高，产生“飞车”。
2.1.3直流电机的构造、励磁方式
机座： 是直流电机的固定支撑和防护部件，又是磁路的一部分。机座通常是由铸钢制成。
2.1.3直流电机的构造、励磁方式
机座： 主磁极铁芯为极身和极靴结构，为了让气隙磁密沿电枢圆周方向分布的更合理
2.1.3直流电机的构造、励磁方式
电刷装置： 主要有刷架、刷杆、炭刷及压紧弹簧等组成。 电枢绕组通过电刷供电，电刷的主要成份是石墨，具有良好的导电性和润滑性。 与换向器配合，将转子交流电变成外部直流电。实现机械整流器的功能。
1.3磁路
磁路与电路的差别：电路中有电流I时，就有功率损耗I2R，而在直流磁路中，维持一定的磁通量Φ时，铁心中没有功率损耗电路中可以认为电流全部在导线中流通。磁路中，除了铁心中的磁通外，还有一部分漏磁通。导体的电阻率在一定温度下是不变的。磁路的磁导率却不是常值，它随铁心的饱和程度大小而变化。对于线性电路，计算时可以应用叠加原理。对于铁心磁路，计算时不能应用叠加原理。
2.3直流电机的起动、调速、制动及反转
直流电动机的起动直流电动机的调速方法直流电动机的制动方法直流电动机的反转直流电动机的常规保养
减压起动： 由于电压可以连续调整，在良好的控制下，可以使电机以恒定的扭距快速提高转速。
2.3.1直流电动机的起动
电枢回路中串电阻起动： 电枢回路串电阻起动由于使用设备简单、经济而被广泛使用。
浅析船舶动力定位系统的组成及应用
浅析船舶动力定位系统的组成及应用发布时间：2022-12-19T07:56:40.231Z 来源：《科技新时代》2022年12期作者：陈龙韩朋刚刘欢蒙亚东只升震[导读] 船舶动力定位是在船舶需要定在某一坐标点时不在需要传统的定位锚机来固定，而是依靠一定的参考系统，如DGPS、罗经等，利用船舶自身的动力可以自动的维持在地球上的某一坐标点，这时DP控制系统依靠参考系统反馈回来的位置信息，风和流信息以及外力的信息，自动去控制主推进器，舵机，侧推等动力设备，维持在这个设定坐标点，这就是动力定位的简单解释。
（安装公司海洋石油202船）摘要：船舶动力定位是在船舶需要定在某一坐标点时不在需要传统的定位锚机来固定，而是依靠一定的参考系统，如DGPS、罗经等，利用船舶自身的动力可以自动的维持在地球上的某一坐标点，这时DP控制系统依靠参考系统反馈回来的位置信息，风和流信息以及外力的信息，自动去控制主推进器，舵机，侧推等动力设备，维持在这个设定坐标点，这就是动力定位的简单解释。
由于动力定位船舶的机动性、高效性，动力定位系统被广泛应用于海底管线检修，海洋电缆铺设、海洋石油平台守护、海洋钻井船、水下机器人跟踪、海底管线埋设等。
本文对工程船舶动力定位系统组成及作用进行分析。
关键字：动力定位参考系统自动控制工程船舶Abstract：This article is mainly about the Dynamic Position System, this system is different from the traditional position winch system. It depend on the DGPS, Gyro, Reference system, using the ship’s own ability hold a set position. The DP control system using the Reference system, calculate the external result forces, automatic control the thrusters, rudders to generate a opposite force, in order to keep the DP Ship positioning .Because of the better flexible and maneuvering, The DP control system is used more and more in the Marine Engineering construction. This article is mainly about the Dynamic Position System and the function.Key Words: Dynamic Position Reference System Automatic Control Engineering Ship1．动力定位系统工作原理的简单介绍20世纪60年代，随着海洋石油开发的需求，动力定位概念开始出现，美国Honewell公司将动力定位系统于1961年应用于第一条动力定位船舶CUSS1；近年来，随着海洋石油逐步走向深蓝，国际上各海洋石油公司发展目标、战略重心逐步转向深海领域；在海洋工程船舶的投资发展方向都是动力定位船舶，而动力定位系统是必不可少的利器。
船舶与海洋装置新型控制技术课程教学大纲
船舶与海洋装置新型控制技术课程教学大纲一、课程基本信息课程编号：201404197课程中文名称：船舶与海洋装置新型控制技术课程英文名称：Advance Automatic Technology for Ship，Rigs and Vehicle课程性质：通识教育选修课（学校特色）开课专业：全校开课学期：1总学时：12（其中理论9学时，其它3学时）总学分：0.5二、课程目标《船舶与海洋装置新型控制技术》是为全校大一新生开设的学校特色选修课。
课程总体目标：启发学生对船舶与海洋装置控制技术的研究与探索的兴趣，培养学生对船舶动力定位，高速船驾控技术及海洋运载器自主控制技术等船舶与海洋装置新型控制技术的认知能力。
为学生适应未来工程科学技术的发展和要求打下基础。
具体目标如下：1、了解船舶基本组成和船舶的基本性质。
2、了解船舶动力定位先进控制技术发展趋势与用途、动力定位系统的组成及设计。
3、了解高速船的基本概念、特点及分类。
了解气垫船的运动和操纵性及综合驾控技术。
4、了解自主控制技术的发展及应用、自主控制的基本概念、组成、功能及关键技术。
5、通过参观实验室，扩大知识，开拓视野，建立为海洋开发、船舶工业、海军装备作贡献的决心。
三、教学基本要求通过本课程的学习，学生能够了解和掌握船舶与海洋装置和控制的基本概念、基本原理和基本知识，基本了解船舶运动和船舶运动控制的基本概念，对船舶运动特种控制系统-船舶动力定位、气垫船智能安全驾驶，以及无人艇和水下无人潜器的自主航行技术有一定的了解。
本课程的学习，使学生基本具备以下素质：1、养成积极思考问题、主动学习的习惯；2、培养较强的自主学习能力和解决问题的能力；3、学会收集、分析、整理参考资料的技能，培养对新技术信息的掌握能力；4、通过学习能够根据要求，自主完成特定任务的能力；5、培养良好的团队合作精神，养成良好的工作责任心。
四、教学内容与学时分配1船舶概论（2学时）船形与尺度1.2船舶浮性1.3船舶稳性1.4船舶运动1.5船舶操纵性1.6船舶耐波性1.7舵桨装置简介2船舶动力定位技术（2学时）2.1介绍动力定位系统的发展趋势与用途2.2动力定位系统的基本组成及其作用2.3介绍在动力定位系统在不同船舶上的使命2.4动力定位系统控制系统设计及其主要功能3高速船综合驾控技术（4学时）3.1高性能船舶的基本概念及特点3.2高性能船舶的分类3.3国外各种高性能船船型的介绍3.4国内外气垫船的概述和发展3.5高速船——气垫船的原理，运动和操纵性3.6气垫船的受力分析3.7气垫船的航行稳定性与安全限界、高速埋首与甩尾3.8气垫船的操纵面及综合驾控技术3.9参观气垫船架控实验室4自主控制技术（2学时）4.1自主控制技术学科基础、发展概况、存在问题及其应用领域4.2自主控制基本概念、系统组成、主要功能4.3自主控制关键技术，包括感知、建模、规划/重规划、决策/在线决策、自学习、自适应技术等4.4自主控制技术发展需求及其应用前景5参观动力定位实验室（2学时）五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，采用多媒体课件，结合实际案例进行讲解，保持教学内容的新颖性，启发学生对三海一核中三海的兴趣。
船舶动力装置概论第十六次课(第五章)
contents
目录
• 船舶动力装置概述 • 船舶柴油机 • 船舶燃气轮机 • 船舶核动力装置 • 船舶动力装置的未来发展
01 船舶动力装置概述
船舶动力装置的定义与作用
总结词
船舶动力装置是船舶的心脏，为船舶提供所需的动力，以支持船舶的推进、发 电和其他辅助机械的运行。
前景展望
随着科技的发展和环保意识的提高，未来核动力装置的应用领域将更加广泛，例如核动力船舶、核动 力汽车等。同时，随着核安全技术的不断进步，核动力装置的安全性和可靠性也将得到进一步提高。
05 船舶动力装置的未来发展
新技术应用与船舶动力装置的革新
燃料电池技术
燃料电池是一种高效、环保的能源转换装置，具有高能量 密度和零排放的优点，可用于船舶动力装置，减少对化石 燃料的依赖。
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核反应堆是实现核反应并控制反应速 度的装置，它由反应堆芯、冷却系统、 控制调节系统和保护系统组成。
核动力装置的主要部件
反应堆芯
反应堆芯是核反应发生的地方，由核 燃料、慢化剂、冷却剂和反射层组成。
02
蒸汽发生器
蒸汽发生器利用核反应产生的热能将 水转化为蒸汽，蒸汽可以用来驱动涡 轮机发电或推动船舶前进。
体。
高温高压气体推动涡轮 叶片旋转，输出机械能。
用于调节燃气轮机的运 行参数，确保稳定和高
效的运行。
燃气轮机的类型和应用
轻型燃气轮机
主要用于船舶动力装置，具有较高的功率密 度和效率。
工业燃气轮机
主要用于工业领域，如发电、Fra bibliotek工等，具有 较高的热效率和可靠性。
重型燃气轮机
主要用于大型船舶和海洋工程设施的动力装 置，具有较大的功率和较低的油耗率。