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。

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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。动力定位船是指一个装置或一艘船舶，且能通过推进器的推力来实现位置保持或航迹保持。图2是动力定位系统的典型组成，图3是动力定位系统的构成示意图。

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图2:动力定位系统典型图

图3:动力定位系统示意图动力定位原理

动力定位系统的基本功能是保持船舶的位置和艏向，并由此衍生了一系列其

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他功能，如目标跟踪、航迹保持等。

每个船舶都具有六个自由度，三个旋转自由度和三个直线位移自由度:纵移(Surge)、横移(Sway)、艏摇(Yaw)、纵摇(Pitch)、横倾(Roll)、垂荡(Heave)。图4是船舶六个自由度的示意图。

图4:船体自由度(S、S、Y、P、R、H)示意图

动力定位系统主要控制横移、纵移和横倾三个自由度。横移和纵移代表船舶的位置，横倾定义为船体的艏向。这三个控制点的期望值(设定值)由DP操作员输入到动力定位系统中。要实现动力定位，首先要对这三个控制点进行实际测量，位置参考系统负责位置测量，通过电罗经实现艏向的测量，通过风速风向仪测量风的速度和方向，将测量数据送入DP 系统中，因波浪对船体施加的力很难测量，所以DP 系统设计时不测量波浪，而将其和涌的影响共同考虑并计算，考虑到很难测量涌对船舶施加力的影响，所以DP 设计原理中均不考虑测量涌，但在计算的数学模型中，预先进行考虑和计算。其他作用力:如推进器作用力、钻井船收到所钻探的海底张力等等。一般计算时均在“涌”中一并考虑。通过综合控制全船的主推进器、侧推进器和舵等设备，控制船舶运动的6 个自由度，补偿四类对船舶外力的影

响。所以动力定位系统就是通过控制推进器来减少设定值和测量值之间的偏差来实现动力定位，图5是动力定位原理图:

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图5:动力定位原理图

动力定位系统相对于传统锚系系统和自升平台系统的对比

动力定位系统的诞生，是传统的海洋石油开发中锚系系统和自升平台系统的固有的弱点和无法克服的问题。

传统系统的优点为:不需要动力、推进器等复杂的保持船位的系统、船舶失电或超负荷等问题对定位没有影响、不要位置参照系统、如自升式系统故障，船位不会受影响;缺点为:机动性差、只能适应浅水内的海域作业、对海床地质条件有要求、起锚需要时间比较多。

动力定位式系统优点为:船舶自航，不需要拖轮辅助操作、定位方便、机动性好，对天气因素的快速反应、根据作业的需要快速反应，系统先进、方便多动能作业(比如自动跟踪功能方便ROV支持)除极浅水域外，适于任何海域作业、适于多种任务作业、更经济等;缺点为:动力故障、推进器故障、电力系统故障和过载对系统影响比较大、定位风险大、在浅水作业困难大、需要位置参照系统、对人员要求高等。

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