动力定位PPT

操作台 环境参考系统： 1、风传感器 2、垂直参考单元 3、电罗经
控制系统
位置参考系统： 1、差分全球定位 2、激光定位 3、水声定位 4、张紧绳定位
计算机
动力系统： 1、柴油机 2、交流发电机 3、配电板 4、电站管理系统 5、不间断电源
推力系统： 1、主推进器 2、侧推进器 3、全回转推进器
结构及原理（推力系统）
资料提到的动力定位 船舶推力器布置
操作台 环境参考系统： 1、风传感器 2、垂直参考单元 3、电罗经
控制系统
位置参考系统： 1、差分全球定位 2、激光定位 3、水声定位 4、张紧绳定位
计算机
动力系统： 1、柴油机 2、交流发电机 3、配电板 4、电站管理系统 5、不间断电源
推力系统： 1、主推进器 2、侧推进器 3、全回转推进器
结构及原理（测量系统）
• 位置参考系统：
张紧绳系统示意图
结构及原理（测量系统）
• 位置参考系统：
张紧绳系统框图
绳索储存 动力定 位系统 测得的角 角度传 感器 索位跟踪器和传 感器万向机构 横张力系统
弦外滑车 控制盘 船
海水
张紧索
海底
结构及原理（测量系统）
• 位置参考系统：
张紧绳系统特点 适用于静态工作位置 受张紧索长度限制 电液绞车控制 甲板安装，船舷90° 重物用于稳定到海床的绳索 测量垂直角在30°范围内(船舶移动位置)
操作台
结构及原理（控制系统）
动力定位系统框图
环境因素： 风 波浪 海流
环境力
位置与艏 向指令 自动控制器 推力 指令 推力器系统 推力 器力
+
×
+
船舶动 力特性
推力器状态 位置与艏 向传感器
位置与艏向
目录
• 动力定位系统简述 • 发展及现状 • 结构及原理 • 主要应用领域 • 展望
主要应用领域
• 动力定位系统简述 • 发展及现状 • 结构及原理 • 主要应用领域 • 展望
发展及现状
• 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。wenku.baidu.com
• 该船配备的DP模拟系统与外界张紧绳系统相连。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。
结构及原理（测量系统）
• 位置参考系统：
水声探测系统示意图
结构及原理（测量系统）
• 位置参考系统：
张紧绳系统 张紧绳系统基本上是一种机械系统。此系统在海底固定点与船上绞车之间设有恒张力的张绳。 通过测量张紧绳的倾角与长度来确定船舶水平位移，然后将测量值，作为位置信号传递给动力 定位系统。 张紧绳系统中三个最重要的基本元件是张紧绳，绳位跟踪器和传感器万向机构，倾斜仪(角度 传感器) 张紧绳是早期动力定位系统采用的一种位置基准系统，一般在船舶定位模式或小范围运动时使用。
发展及现状
•
发展及现状
• 从20世纪80年代开始，动力定位系统已广泛应用于海洋考察船、钻
探船、打捞船、采矿船、布缆船、敷管船、挖泥船、消防船、起重 船、潜水支持船、浮式采储油系统(FPSO)、海上供应船、特种工作 船、高级游船、穿梭油轮等特种船舶，在军事方面也应用于布雷舰、 扫雷舰、侦察船、航海保障调查船、潜艇母船、救助船、海上补给 船等各类船舶上。
• 推进器包括主推进螺旋桨、舵、艏艉辅助推力装置(通常用侧向推进
器和回转推进器)。
• 辅助推力装置一般有侧向推进器和全回转推进器两种，两者各有其
特点。侧向推进器和全回转推进器均有固定螺距与可调螺距两种， 均可通过改变螺距或改变转速来改变推力。
结构及原理（推力系统）
• 对于DP-1，当船舶出现严重故障，控制系统应停止工作，并通过自动或手
动力定位系统简述
• •
动力定位系统的原理是应用计算机对采集来的风、浪、流等环 境参数，根据位置参照系统提供的位置自动进行计算，控制各个推 力器的推力大小，使船舶保持艏向和船位的“雷打不动”。 这套复杂的综合控制系统包括控制系统、推进器系统、动力系 统、测量系统四大部分。其中，控制系统居于核心地位
目录
结构及原理
• • • • •
动力定位系统分如下四个部分： 1、测量系统（环境参考系统，位置参考系统） 2、控制系统 3、动力系统
4、推力系统
结构及原理
全球 卫星 定位 无线 电定 位 水声 定位 系统 电 罗 经 运动 参考 单元 风向 风速 仪 张 绳 测量部分
控制台，控制柜 控制部分 执行部分
典型的动力定位推力系统如图所示。 主要包含有侧推器，全回转推进器及主 推进器等。 摩根等人在推力分配优化上进行了 相关推力分配优化理论的研究，并提出 了自己的方法。
推力系统
结构及原理（推力系统）
• 此部分主要为推进器。基本功能是根据控制部分的指令，产生推力
和力矩，平衡作用于船舶的扰动力和扰动力矩，使船处于规定的回 旋圈内。
舵
主推变距桨
尾侧推
全回转
结构及原理
基本动力定位系统布置图
结构及原理（测量系统）
结构及原理（测量系统）
• 测量船舶的位置和艏向等信息，以供控制部分计算提供给执行部分
的指令，去抗衡环境因素的作用。
• 测量设备的配置方式取决于船舶的使命任务、动力定位系统的等级
与精度需求
操作台
环境参考系统： 1、风传感器 2、垂直参考单元 3、电罗经
结构及原理（测量系统）
• 位置参考系统：
激光定位 能够实现近距离、高精度的定位与跟踪。
结构及原理（测量系统）
• 位置参考系统：
水声探测系统 利用船底换能器与海底应答器在水中发射、接收、转发声信号来进行水下定位。 由于声能在水中的传播特性在很大程度上影响着水声定位系统的性能。这类系统 在较长的一段时间内有比较好的精确度，但会有瞬时或短时间段的干扰。 依据声学位置基准形式的不同，可分为短基线系统 、长基线系统 、超短基线系 统等。
结构及原理（测量系统）
• 环境参考系统：
风传感器：主要测量风速和风向
既可以用模拟量输出，也可以用数字量输出。 模拟信号可以是电压也可以是电流。
新的风速风向仪
结构及原理（测量系统）
• 环境参考系统：
垂直参考单元（垂直基准传感器）：主要测量当地垂线和船舶基准面之间的夹角。
结构及原理（测量系统）
• 环境参考系统：
动方法将转速/螺距设置到零。
• 对于DP-2，当船舶出现严重故障，控制系统应自动转换至备用计算机系统。 • 对于DP-3 系统应设有一个自动备用系统，该备用系统的位置与主系统之间
采用A-60级分隔隔离。至少应有一个位置参照系统和一台罗经与备用系统 相连接，并独立于主控制系统。备用系统应由操作者在主动力定位控制站 或备用控制站启动，这种转换应确保任何单个故障不会使主控制系统和备 用系统都不能工作。（也就是说，DP-3可以简单的理解为，2套系统，如果 一套系统失效，另外一套系统可以继续工作）
控制系统
位置参考系统： 1、差分全球定位 2、激光定位 3、水声定位 4、张紧绳定位
计算机
动力系统： 1、柴油机 2、交流发电机 3、配电板 4、电站管理系统 5、不间断电源
推力系统： 1、主推进器 2、侧推进器 3、全回转推进器
结构及原理（测量系统）
• 环境参考系统：
风传感器：主要测量风速和风向（在动力定位系统中通过前馈控制技术补偿补偿风的扰动） 有一个楔形风标指示，与风标相连的环 形电位器上的电压将风向转换为电信号输出， 输出的电压与风速成正比。 缺点：精度通常不能满足动力定位的需要 DPS需要能提供连续变化的风向及在DPS工 作环境中全范围风速风向仪 风速风向仪
率、维护是否方便以及噪声高低等。
• 由动力源、推力机构、推力控制系统、反馈或性能传感器等组成。
结构及原理（推力系统）
推进器布局 • 船舶所受的外界作用力，要求推进器的作用来平衡。 • 推进器的数目一般多于5 个。但不是越多越好，这要考虑到推进器
与船体以及推进器之间的互相影响等因素。
结构及原理（推力系统）
• 迄今已经有1000多艘船舶/海洋平台配备了DP系统。
发展及现状
• 动力定位船舶在冰区中作业已成为一个新的研究方向。 • 围绕欧洲研究和发展项目‚冰区动力定位‛( dynamic positioning
in ice，DYPIC) ，K.KJERSTAD 等对一艘 1:30的北极钻井船模在破 碎浮冰环境下进行了冰载荷水池试验，对获得的试验数据进行了分 析。
发展及现状
•
第1代动力定位系统的控制器有模拟式和数字式两种，一般无冗 余技术和风前馈控制技术，位置传感器单一。
环境因素： 风、浪、流 位置与艏 向指令
控制器
推力器
船舶特性
位置测量系统
动力定位系统原理图
发展及现状
•
发展及现状
•
第2代动力定位系统，主要采用16位数字计算机作为数字控制器， 系统中普遍采用了抗风前馈控制和冗余技术，位置传感器由单一型 发展成综合型，增加了多个测量装置。
目录
• 动力定位系统简述 • 发展及现状 • 结构及原理 • 主要应用领域 • 展望
动力定位系统简述
• 定义：动力定位就是船舶或海上平台不借助于锚泊系统的作用，而
是利用自身装备的各类传感器测出船舶的运动状态与位置变化，以 及外界风力、波浪、海流等扰动力的大小与方向，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，利用 计算机进行复杂的实时计算，对船舶各主副推力器的推力进行分配， 控制船舶推进螺旋桨和推力器产生适当的推力与力矩，以抵消海洋 扰动力和力矩，减少船舶的横荡、纵荡和艏向角，保持船舶在海面 某一位置的控制技术。
发展及现状
• 我国对DP系统的研究开展得较晚，研究力量集中在高校和科研院所。 • 我国自主研制和建造的‚大洋一号‛科考船(下图)，是我国首艘安
装DP系统的船舶。
发展及现状
• 2014年10月，哈尔滨工程大学牵头研发的‚DP3 动力定位系统研制‛
项目通过了工信部验收。
目录
• 动力定位系统简述 • 发展及现状 • 结构及原理 • 主要应用领域 • 展望
结构及原理（动力系统）
• 主要由动力机、分配网络和控制系统组成 ，提供执行部分对抗环境
扰动需要的能量。
• 动力机主要是柴油机、燃气轮机。 • 动力定位系统通常还配备一个不间断电源来预防电力故障，该电源
具有不受船舶交流电短期终端或波动影响，可以为动力定位系统中 的计算机、控制台、报警器和测量系统供电。
结构及原理（控制系统）
结构及原理（控制系统）
结构及原理（控制系统）
在动力定位过程中控制系统读取位 置系统所得到的位置信号和外界干扰力 信号将其数值与预定的目标位置信号作 比较，经过运算，得到抵消位置偏差和 外界干扰力所需要的推力，然后对推力 器系统发出指令，产生推力，使平台靠 近所希望的位置。
艏向测量设备：一般用来测量艏向 常见的艏向测量设备有磁罗经和电罗经，现在又在 发展以激光陀螺为传感器的新型导航设备。
罗经的基本原理
结构及原理（测量系统）
• 位置参考系统：
全球定位（GPS） 过接收卫星所发射的信号，得到卫星所处的位簧并计算出卫星与 用户的相对位置，从而最终确定接收机本身的位置。 世界上的卫星系统：GPS，俄罗斯的GLONASS卫星定位系统 ， 北斗卫星导航定位系统，伽利略卫星导航定位系统。
• 包括操作台和控制柜 • 操作台提供动力定位系统的人机操作接口，含操纵杆、键盘、显示
器、计算机等。负责动力定位系统的操纵和控制。
• 控制柜一般配备动力定位系统必要的实时处理器，负责测量信号的
采集和处理，通过相应的算法，对船舶六个自由度运动分量以及风 力风向进行计算，并对船舶各主副推力器的推力进行分配，从而控 制船舶的运动 。
• • • • • •
钻井平台 潜水支援船（DSV） 刚性/柔性管道铺设船 线缆铺设及维修保障船
结构及原理（推力系统）
槽道推进器
主推进器
全回转推进器
结构及原理（推力系统）
推力器 方位指令 方位 控制器 方位 电动机 方位 传感器 机械联接
r
螺旋桨
全回转推进器涉及推力大小和方向控制
结构及原理（推力系统）
• 推力系统是动力定位系统的执行部分。 • 要考虑推进器的许多因素，如反应速度、推力器尺寸、可靠性、效
操作台 环境参考系统： 1、风传感器 2、垂直参考单元 3、电罗经
控制系统
位置参考系统： 1、差分全球定位 2、激光定位 3、水声定位 4、张紧绳定位
计算机
动力系统： 1、柴油机 2、交流发电机 3、配电板 4、电站管理系统 5、不间断电源
推力系统： 1、主推进器 2、侧推进器 3、全回转推进器
结构及原理（控制系统）