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

⑴. 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。

⑵. 当前世界上生产动力定位产品的公司有：Kongsberg、Alstom 、Nautronix、PRAXIS、NORR、NAVIS、CONVERTEAM、L3 Communication Company、AutoNav 等。