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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 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 DP1 DP2 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 Linear Quadratic Guass 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 当前世界上较有名的生产动力定位产品的公司有Kongsberg Simard 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 当前世界上生产动