資源描述：
《船舶動力定位技術簡述》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、1.動力定位技術背景1.1國外動力定位技術發(fā)展目前，國際上主要的動力定位系統(tǒng)制造商有Kongsberg公司、Converteam公司、Nautronix公司等。下面分別介紹動力定位系統(tǒng)各個關鍵組成部分的技術發(fā)展現(xiàn)狀。1．動力定位控制系統(tǒng)1)測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)是指動力定位系統(tǒng)的位置參考系統(tǒng)和傳感器。國內外動力定位控制系統(tǒng)生產廠家均根據(jù)船舶的作業(yè)使命選擇國內外各專業(yè)廠家的產品。位置參考系統(tǒng)主要采用DGPS，水聲位置參考系統(tǒng)主要選擇超短基線或長基線聲吶，微波位置參考系統(tǒng)可選擇ArtemisMk4，張緊索位置
2、參考系統(tǒng)可選擇LTWMk，激光位置參考系統(tǒng)可選擇FanbeamMk4，雷達位置參考系統(tǒng)可選擇RADius500X。羅經、風傳感器、運動參考單元等同樣選擇各專業(yè)生產廠家的產品。2)控制技術20世紀60年代出現(xiàn)了第一代動力定位產品，該產品采用經典控制理論來設計控制器，通常采用常規(guī)的PID控制規(guī)律，同時為了避免響應高頻運動，采用濾波器剔除偏差信號中的高頻成分。20世紀70年代中葉，Balchen等提出了一種以現(xiàn)代控制理論為基礎的控制技術-最優(yōu)控制和卡爾曼濾波理論相結合的動力定位控制方法，即產生了第二代也是
3、應用比較廣泛的動力定位系統(tǒng)。近年來出現(xiàn)的第三代動力定位系統(tǒng)采用了智能控制理論和方法，使動力定位控制進一步向智能化的方向發(fā)展。智能控制方法主要體現(xiàn)在魯棒控制、模糊控制、非線性模型預測控制等方面。2001年5月份，挪威著名的KongsbergSimrad公司首次展出了一項的新產品—綠色動力定位系統(tǒng)（GreenDP），將非線性模型預測控制技術成功地引入到動力定位系統(tǒng)中。GreenDP控制器由兩部分組成：環(huán)境補償器和模型預測控制器。環(huán)境補償器的設計是為了提供一個緩慢變化的推力指令來補償一般的環(huán)境作用力；模型
4、預測控制器是通過不斷求解一個精確的船舶非線性動態(tài)數(shù)學模型，用以預測船舶的預期行為。模型預測控制算法的計算比一般用于動力定位傳統(tǒng)的控制器設計更加復雜且更為耗時，主要有三個步驟：1.從非線性船舶模型預測運動；2.尋找階躍響應曲線；3.求解最佳推力?？刂破鹘Y構如圖所示[1]：圖1.1Green-DP總體控制圖荷蘭的Marin在20世紀80年代初期即確定了關于推進器和動力定位的研究計劃，并開展了動力定位的模型實驗，內容包括：①推進器和推進器之間的相互作用；②推進器和船體之間的相互作用；③環(huán)境力和船舶的低頻運
5、動。研究結果產生了應用于動力定位的模擬程序RUNSIM，包括模擬實驗的程序DPCON和理論模型計算的程序DPSIM。初步進行了流力、風力、二階波浪漂移力、推進器力的計算，控制系統(tǒng)采用經典的PID控制算法[2]和擴展卡爾曼濾波算法，風力采用前饋的形式。同時，Marin還開展了下述工作：動力定位系統(tǒng)和系泊系統(tǒng)聯(lián)合使用的情況；擴展了動力定位系統(tǒng)在航跡控制方面的應用，航跡控制功能現(xiàn)已成為動力定位控制系統(tǒng)的基本要求；動力定位設計階段的性能評估、功率需求估算。一般認為，Marin在動力定位系統(tǒng)實驗研究方面已走在
6、世界前沿。挪威在20世紀90年代做過動力定位方面的實驗，他們將重點放在控制理論和控制方法上面，在滿足李雅普諾夫大范圍漸進穩(wěn)定的基礎上，應用現(xiàn)代控制理論的方法，采取狀態(tài)反饋和輸出反饋兩種形式，設計不同的狀態(tài)觀測器，觀測速度和干擾，并以此代替卡爾曼濾波，在比例為1：70的船模實驗中證實定位的效果。由于系統(tǒng)模型的不精確性，以及所受環(huán)境力的擾動性對船舶動力定位系統(tǒng)穩(wěn)定性有很大的影響，因此在解決穩(wěn)定性方面存在優(yōu)勢的H∞控制理論和魯棒控制越來越受到了人們的關注。日本的九州(Kyushu)大學還在1：100的船模
7、實驗中驗證了控制結果的有效性。目前，國際上應用得較為成熟的動力定位控制系統(tǒng)一般都采用第二代控制方法，而基于第三代控制方法(如自適應模糊控制、自學習模糊控制等)及實時測量和計算二階波浪慢漂力以提升更高精度的動力定位系統(tǒng)研制是一種趨勢，世界各國都正在加緊研制中。在國外，有些大學以船舶運動為對象進行深入的控制理論研究。如麻省理工學院的Triantafyllou和Hover所研究的船舶運動控制，加州大學的Girard、Hedrick等研究的協(xié)調動力定位理論和實驗等。由美國海洋學會組織的國際動力定位年會，近年
8、來發(fā)表的文章主要從技術層面出發(fā)，研究動力定位系統(tǒng)的設計與改進。2006年，挪威Kongsberg公司的Jens-sen發(fā)表的“基于模型的流估計”和“基于能量最優(yōu)的推力使用”、日本Akishima發(fā)表的“深海鉆井船‘CHIKYU’的動力定位系系統(tǒng)”、美國Prasad、Elgamiel發(fā)表的“半潛式平臺模型實驗”、挪威Kongsberg公司的Halyard發(fā)表的“綜合控制系統(tǒng)的改進方法”，都對各自動力定位控制系統(tǒng)的研究進行了論述。挪威科學與技術大學與挪威的Kongsber
