动力定位系统的最新技术进展分析
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ｓａ Ｉ ｎ ａｅ ｔ ｄ ａ ｃ ｍｅ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｒ ｍ ｔ ｔｒ ｅ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｓ ｐ ｓｔ ｎ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｓ ｓｅ ． ｏ ｔｏ ｙ ｔ ｍｓ ｔｔ ｓａ ｄ ｌｔ ｓ ｖ ｎ ｅ ｎ ｆＤＰ ｓ ｓｅ ｆｏ ｉ ｈ ｅ ｏ ｏ ｅ ｔ ： ｏ ｉ ｏ ａ ｕ Ｉ ｍ ｙ ｔｍｓ ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓｅ ｌ ａ ｓ ｉ ｊ ａ ｄｔｒ ｓ ｓ ｓｅ ｎ ｈ ｕ ｔ ｙ ｔ ｍ． Ｋ ｅ ｒ ：ｄ ｎ ｍｉ ｏ ｉ ｏ ｉ ｇ ｓ ｓｅ ｐ ｓｔ ｎ ｍｅ ｓ ｅ ｅ ｔ ｙ ｔ ｍｓ ｃ ｎｒ ｌ ｙ ｔｍｓ ｔ ｒ ｓ ｙ ｔｍ ｙ ｗｏ ｄｓ ｙ ａ ｃｐ ｓｔ ｎ ｎ ｔ ｍ； ｏ ｉ ｏ ａ ￣ ｍ ｎ ｓｅ ； ｏ ｔｏ ｓｅ ； ｈ ｕ ｔ ｓｅ ｉ ｙ ｉ ｓ ｓ ｓ
性能 ，因此如 何提 高控 制系 统 的性能成 为 了动力 定
生缓慢 变化 的推 力指令 来补 偿平 均环境 作用 力 。当
外部 作用力 突然 发生变 化 ，如阵风 等作 用 时，船舶
位系 统发 展 中的关 键 问题 ，也标 志着 动力 定位 系统 的发 展水 平 。 目前动力 定位 系统 的主 要控制 技术 如
信 息 ，是 目前应用 比较广 泛 、精 度 也 比较 高 的定位 系 统 【，但 成本 较 高 ，且相 关 技术 受 到有 关 国家 的 ２ ］
垄断。
１ 位 置 测 量 系 统
动 力 定位 系 统 能 达 到 的精 度 首先 取 决 于 位 置 测 量系 统获 得数 据 的精度 和速 度 。只有 以足 够 的速 度和 精度 获 取所 需 的信 息 ，才 能使控 制 器计 算 出推 力器 指 令 ，使 船 舶完 成预 定 的任务 。控 制系 统所 需 的 信 息 包 括 船 舶 位 置 、艏 向 以及 外 部 干扰 力 的 信
（ ＤＧＰ ）相 结 合 来测 定 位 置信 息 。如 同 时运用 无 Ｓ
线电系统和全球卫星定位系统，既可保证高精度 ， 又可 弥补 无 线 电系统 抗干 扰性 差 的不足 。虽然 此类
方法 有着 良好 的效果 ，但 是若 要覆 盖全 球 范 围进 行
定位 ，综合 运用 成本 较 高 ，所 以 目前还 没有 被广 泛
１ ＰＤ （ ） Ｉ 比例一 积分 一 分 ）控制 ：比较成 熟，操 微
作简 单 ，价格便 宜 ，又有 着广泛 的应 用 ，所 以早期 都采 用 此技术 。但是 随着对 精度 和速 度 的要求 不断
提 高 ，ＰＤ控 制 已经 不 能满足 人 们 的需求 ， 目前 已 Ｉ 很 少使 用 。 ２Ｌ ） ＱＧ （ 线性 二次 高斯 型 ）控 制 ：解 决 了控 制
动力 定位 系 统主 要有 如下 几种 常用 测 量系 统 ： 声学 系统 、张 紧索 系统 、无 线 电系统 和全 球卫 星 定
位 系统 。各 种测 量 系统 都有 各 自的优 缺 点 。声 学系
应用 。 但采 用 多种测 量 方法 ， 别 是无 线 电和 ＤＧＰ 特 Ｓ
联 合运 用 ，将 是位 置 测量 系统 的发展 方 向。
控制 ，但是 智能 控制 已有 取而代 之 的趋势 。将遗传
算 法 【、蚁群 算 法 、动 态模 糊 神经 网络 、模 型预 ４ ］ Ｊ 测等 新型 智能算 法应 用 到动力 定位 控制 系统 ，并 取 得 了重要 的研 究成果 。挪威康 士伯 公 司新推 出的绿 色 动 力 定位 控 制模 式 运 用 了一 种 新 型 的 智 能 控 制 技术— — 非线 性模 型预测 控制 。该技 术在２ ０年 挪 ０１ 威船 舶展 览会 上首 次被 引入 到动力 定位 系统 中 。该 控 制模 式 由两 部分 组 成 ： 境 补偿 器 和模 型预 测 控 环 制 器 。环 境 补偿 器 是提 供 一 个 缓 慢 变 化 的推 力 指 令 ，来 补偿 一般 的环 境作 用力 ，使得 响应更 为缓 慢 和光 滑 ，对 变化 环境 的反 应也 更理想 ；非线 性模 型
模 型 ，抗干扰 能 力强 ，响应速 度快 ，鲁 棒性 好 的特
式 ：高精度 控制 模式 、放松 控制模 式和 绿色 动力 定 位控 制模 式来 分别适 应 不 同的条件 和要求 。一个 动
力定 位控 制系 统 中存在 多种控 制模 式 ，特别 是智 能 控制 模式 ，在 不 同情况 下都 能达 到最佳 定位 是动 力 定位 控 制系统 的最 新发 展方 向 。
ａ ｄ ｗｉ ｅ ｐ ｌ ａ ｉ ｎ ｎ ａ ｅ ｏ ｏ ｓｕ ｆｍａ ｉ ｅ ａ ｔ ｍａ ｉ ｎ ｔ ｃ ｏ ｏ ｙ Ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ａ ａ ｙ ｅ ｈ ｕ ｒ ｎ ｎ ｄ ｒａ ｐ ｉ ｔ ｓ ａ ｄ ｈ ｓ ｂ ｃ ｍｅ ａ ｈ ｔｉｓ ｅ ｏ ｒ ｕ ｏ ｔ ｅ ｈ ｌ ｇ ． ｈ ｓ ａ ｅ ｃ ｏ ｎ ｏ ｎ ｎ ｌｚ ｓ ｔ ｅ ｃ ｒｅ ｔ
０ 引 言
随着深 海 技术 的不 断 发展 和推进 ，动 力定位 系
统 被 逐 渐 广 泛 地 应 用 在 一 些 工 程 船 和 海 洋 调 查 船
统 具 有较好 的精确 度 ，但会 受 到瞬 时或 短 时间段 的 干 扰 ；张紧 索系 统在 长 时 间段 内会 发 生偏 移 ，所 以 精 确度 不如 声 学系 统 ，但 张紧 索不会 受 瞬 时或短 时 间段 的干扰 ；无 线 电系统 具有 较 高 的精 确度 ，但 是 抗 干扰 性 能较 差 ，容 易受 到无 线 电波 、天气 等 的干 扰 ，并 且覆 盖使 用范 围受 到信 号 的 限制 ；全球 卫 星
定 位系 统 能够迅 速 、准确 、全 天候地 提 供定位 导 航
上 。近 几年 ，一 些新 造 的港作 船和 大 吨位 的客滚 船 上 也装 有 动 力定 位系 统 【。本文 将分 别 从动 力 定位 Ｉ ｌ
系 统 的 ３ 组 成部 分—— 位 置测 量 系统 、控 制 系统 个
和 推力 系统 分 析动 力定 位系 统 的最新 技 术进 展 。
定位 Ｌ。 目前 国 内对 模 型预测 控制 在动 力 定位 系统 ６ Ｊ 中的研 究还 停 留在线 性层 面 ，非线 性层 面研 究才 刚
刚起 步 。
中 由于 滤波而 导致 的相 位滞 后 问题 ，并 在节 能 、安 全 、鲁棒 性能上 都有 比较 大 的进步 ，控制 精度和 响 应 速度 也满 足 了大部 分需 求 ，是 目前 动 力定位 系统
线性 动态 数学 模型 ，来 预测 未来 船舶 的行 为 以进 行
控 制 。模型 预测 控制 算法 的计算 比一般用 于动 力定
中应用 最 为广泛 的一种 控制 技术 【。 ３ 】
在最 新 的控制 系统 中 ，一般 都存在 着 多种 控 制 模式 来满 足不 同海况 下 的不 同定位要 求 。挪威 康 士
伯 公 司最 新 的控 制 系 统 中采 用 ３ 不 同 的控 制 模 种
３ ）智 能控 制 ：包 括模 糊 控 制 和神 经 网络控 制 等 。在 一定程 度上 模仿 人 的智 能控 制 ，具有 良好 的 控 制性 能 。如模 糊控 制有 不依 赖于 对象 的精确 数 学
息 ，这 些 都 是 由位 置测 量 系统 提供 的 。所 以对 于 动 力 定 位 的位 置 测 量 系 统 ，不 仅 要 求 有 非 常 高 的 精 度 ，还要 有 非常 高 的速度 。
在最 新 的位 置测 量 系统 中 ，一般应 用 ２种 及 ２ 种 以上 的测 量方 法 ， 以达 到高 精度 ，高 速度 ，抗 干 扰 的 良好 效 果 。挪威 康 士伯 公 司的几 款最 新动 力 定 位 系 统 就 是 将 无 线 电 系 统 和 差 分 全 球 定 位 系 统
２ 控 制 系 统
第一作者 简介：史斌杰，男 ，硕士研究 生，１８ ９ ７年生 。从
事船舶动力装置及自 动化研究。 收 稿日 期： ００１ ２ ２１ ２ ７ ＿－
控制系统是整个动力定位系统 的核心部分。动 力定位系统的精度和速度直接取决于控制系统 的
ห้องสมุดไป่ตู้
上海造 船 ２ １ 年第 ３期 ０１
Ａｂｔａｔ Ｗｉ ｅｄｖ ｌｐ ｎ ｎ ｖｎ ｅ ｎ ｆ ｅｐｓａｔ ｈ ｏｏｉｓｄ ｎ ｍｉｐ ｓｉｎｎ Ｄ ） ｙｔｍ ａ ｄｒ ｓｒｃ： ｔ ｔ ｅ ｅ ｍｅ ｔ ｄａ ａ ｃｍｅｔ ｅ － ｃ ｎ ｌｇｅ， ｙ ａ ｃ ｏｉｏ ｉｇ（ Ｐ ｓｓ ｈ ｓ ｅ ｈｈ ｏ ａ ｄ ｏｄ ｅ ｅ ｔ ｅ ｗｉ
Ｓ ＮＧＨ ＨＩＢ Ｌ Ｉ ＨＡ ＡＩ Ｐ ＵＩ ＤＮＧ 上 海 造 船 ２ １ 年 第 ３期 （ Ｓ ０１ 总第 ８ ７期 ）
动 力定位 系统 的最 新 技 术 进 展 分析
史 斌 杰 ，吴酷 莹
（ 海 交通 大学 ，上 海 ２ ０４ ） 上 ０ ２ ０
摘要 ：随着深海技术的不断发展和推进 ，动力定位系统 的应用越 来越 广泛，已成 为船舶 自动 化技术中的一个热点 问题 。从 动力定位 系统的 ３个组成部分— —位置测量系统 、控制系统和推力系统分析 了动力 定位 系统 的现 状和 相 关技术的最新进展 。 关键词 ：动力定位系统 ；位 置测 量系统；控制系统 ；推力系统 中图分类号 ：Ｕ６５７ ７． 文献标识码 ：Ａ 文章编号：１ ０ ．９ ２２ １） ３０ ４ ．３ ０ ５９ ６ （０ １ ０ —０ ３０
下：
不会 马上作 出反 应 ，这样减 少 了不必 要 的推力 器损 耗 ，但 是 ，一 旦模 型预测 到船 舶运动 轨迹 超 出工作
区或 操作 区，非线性 模型 预测控 制器 就会 迅速产 生 作用 ， 由这两 个控 制器 联合作 用 ，产 生最 优 的动态 推力 使预测 轨迹 尽可 能地 接近 工作 区边界 ，而 使船 不违 反约束 边 界 。此 类控 制方 法确保 了在 任何 外部 条件 情 况 下 消耗 最 低 功 耗 来 达 到 符 合精 度 要 求 的
点 ，而 神 经 网络 控制 具有 自适 应学 习功 能和 容错 能 力强等 特 点 。从 上世 纪９ 年代起 ，特 别 是本世 纪 ， ０ 智 能控 制 方 法 在 动 力 定 位 系 统 中获 得 了 广泛 应 用
［１ ３
。
３ 推 力 系统
目前 ，虽然 使用最 为广 泛 的依然 是传 统 的Ｌ Ｇ Ｑ 推 力系统 是动 力定 位系 统的执 行机 构 ，其作 用 是 按照控 制系 统发 出的一系列 推力 指令 ，形 成一 个 时变 的推力 系统 ，以抵 消外在 的 时变 环境 载荷 。此 推 力 系 统 包 括 一 个特 定 方 向 的水 平 力 和 一 个 艏 摇 弯 矩 。理 想 的推进器 能够 产生任 何 方 向的推 力 ，而
预 测 控 制 器 是 通 过 不 断地 求解 一 个 精 确 的船 舶 非
仅 需 要 ２ 推 进 器 就 能 够 产 生 这 个 瞬 时 的 推 力 系 个
统 。但 由于 目前单个 推进 器 的推力 容量有 限，仅 仅 ２ 个推 进 器 无法 满 足推 力容 量 的要 求 ， 同 时推进 器 系统必 须满足 平 台工作 的可 操纵 性和可 靠性 ，因此 推 进 器 系统 中推 进 器 一般 多 于５ ，但 不是 越 多越 个 好 ，因为还 要考 虑到推 进 器与船 体 以及推 进器 问 的 互相 影 响等 因素Ｌ。 由多个推 进器 组成 的系统便 成 ７ Ｊ 了一个 冗余 系统 ，存 在无 数多个 不 同大小 和方 向的 推力 组合 ，均 能满足特 定 的水平 力和 艏摇 弯矩 。 推 力分 配 问题 是一 个 多约束 情况 下的最 优化 问
性能 ，因此如 何提 高控 制系 统 的性能成 为 了动力 定
生缓慢 变化 的推 力指令 来补 偿平 均环境 作用 力 。当
外部 作用力 突然 发生变 化 ，如阵风 等作 用 时，船舶
位系 统发 展 中的关 键 问题 ，也标 志着 动力 定位 系统 的发 展水 平 。 目前动力 定位 系统 的主 要控制 技术 如
信 息 ，是 目前应用 比较广 泛 、精 度 也 比较 高 的定位 系 统 【，但 成本 较 高 ，且相 关 技术 受 到有 关 国家 的 ２ ］
垄断。
１ 位 置 测 量 系 统
动 力 定位 系 统 能 达 到 的精 度 首先 取 决 于 位 置 测 量系 统获 得数 据 的精度 和速 度 。只有 以足 够 的速 度和 精度 获 取所 需 的信 息 ，才 能使控 制 器计 算 出推 力器 指 令 ，使 船 舶完 成预 定 的任务 。控 制系 统所 需 的 信 息 包 括 船 舶 位 置 、艏 向 以及 外 部 干扰 力 的 信
（ ＤＧＰ ）相 结 合 来测 定 位 置信 息 。如 同 时运用 无 Ｓ
线电系统和全球卫星定位系统，既可保证高精度 ， 又可 弥补 无 线 电系统 抗干 扰性 差 的不足 。虽然 此类
方法 有着 良好 的效果 ，但 是若 要覆 盖全 球 范 围进 行
定位 ，综合 运用 成本 较 高 ，所 以 目前还 没有 被广 泛
１ ＰＤ （ ） Ｉ 比例一 积分 一 分 ）控制 ：比较成 熟，操 微
作简 单 ，价格便 宜 ，又有 着广泛 的应 用 ，所 以早期 都采 用 此技术 。但是 随着对 精度 和速 度 的要求 不断
提 高 ，ＰＤ控 制 已经 不 能满足 人 们 的需求 ， 目前 已 Ｉ 很 少使 用 。 ２Ｌ ） ＱＧ （ 线性 二次 高斯 型 ）控 制 ：解 决 了控 制
动力 定位 系 统主 要有 如下 几种 常用 测 量系 统 ： 声学 系统 、张 紧索 系统 、无 线 电系统 和全 球卫 星 定
位 系统 。各 种测 量 系统 都有 各 自的优 缺 点 。声 学系
应用 。 但采 用 多种测 量 方法 ， 别 是无 线 电和 ＤＧＰ 特 Ｓ
联 合运 用 ，将 是位 置 测量 系统 的发展 方 向。
控制 ，但是 智能 控制 已有 取而代 之 的趋势 。将遗传
算 法 【、蚁群 算 法 、动 态模 糊 神经 网络 、模 型预 ４ ］ Ｊ 测等 新型 智能算 法应 用 到动力 定位 控制 系统 ，并 取 得 了重要 的研 究成果 。挪威康 士伯 公 司新推 出的绿 色 动 力 定位 控 制模 式 运 用 了一 种 新 型 的 智 能 控 制 技术— — 非线 性模 型预测 控制 。该技 术在２ ０年 挪 ０１ 威船 舶展 览会 上首 次被 引入 到动力 定位 系统 中 。该 控 制模 式 由两 部分 组 成 ： 境 补偿 器 和模 型预 测 控 环 制 器 。环 境 补偿 器 是提 供 一 个 缓 慢 变 化 的推 力 指 令 ，来 补偿 一般 的环 境作 用力 ，使得 响应更 为缓 慢 和光 滑 ，对 变化 环境 的反 应也 更理想 ；非线 性模 型
模 型 ，抗干扰 能 力强 ，响应速 度快 ，鲁 棒性 好 的特
式 ：高精度 控制 模式 、放松 控制模 式和 绿色 动力 定 位控 制模 式来 分别适 应 不 同的条件 和要求 。一个 动
力定 位控 制系 统 中存在 多种控 制模 式 ，特别 是智 能 控制 模式 ，在 不 同情况 下都 能达 到最佳 定位 是动 力 定位 控 制系统 的最 新发 展方 向 。
ａ ｄ ｗｉ ｅ ｐ ｌ ａ ｉ ｎ ｎ ａ ｅ ｏ ｏ ｓｕ ｆｍａ ｉ ｅ ａ ｔ ｍａ ｉ ｎ ｔ ｃ ｏ ｏ ｙ Ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ａ ａ ｙ ｅ ｈ ｕ ｒ ｎ ｎ ｄ ｒａ ｐ ｉ ｔ ｓ ａ ｄ ｈ ｓ ｂ ｃ ｍｅ ａ ｈ ｔｉｓ ｅ ｏ ｒ ｕ ｏ ｔ ｅ ｈ ｌ ｇ ． ｈ ｓ ａ ｅ ｃ ｏ ｎ ｏ ｎ ｎ ｌｚ ｓ ｔ ｅ ｃ ｒｅ ｔ
０ 引 言
随着深 海 技术 的不 断 发展 和推进 ，动 力定位 系
统 被 逐 渐 广 泛 地 应 用 在 一 些 工 程 船 和 海 洋 调 查 船
统 具 有较好 的精确 度 ，但会 受 到瞬 时或 短 时间段 的 干 扰 ；张紧 索系 统在 长 时 间段 内会 发 生偏 移 ，所 以 精 确度 不如 声 学系 统 ，但 张紧 索不会 受 瞬 时或短 时 间段 的干扰 ；无 线 电系统 具有 较 高 的精 确度 ，但 是 抗 干扰 性 能较 差 ，容 易受 到无 线 电波 、天气 等 的干 扰 ，并 且覆 盖使 用范 围受 到信 号 的 限制 ；全球 卫 星
定 位系 统 能够迅 速 、准确 、全 天候地 提 供定位 导 航
上 。近 几年 ，一 些新 造 的港作 船和 大 吨位 的客滚 船 上 也装 有 动 力定 位系 统 【。本文 将分 别 从动 力 定位 Ｉ ｌ
系 统 的 ３ 组 成部 分—— 位 置测 量 系统 、控 制 系统 个
和 推力 系统 分 析动 力定 位系 统 的最新 技 术进 展 。
定位 Ｌ。 目前 国 内对 模 型预测 控制 在动 力 定位 系统 ６ Ｊ 中的研 究还 停 留在线 性层 面 ，非线 性层 面研 究才 刚
刚起 步 。
中 由于 滤波而 导致 的相 位滞 后 问题 ，并 在节 能 、安 全 、鲁棒 性能上 都有 比较 大 的进步 ，控制 精度和 响 应 速度 也满 足 了大部 分需 求 ，是 目前 动 力定位 系统
线性 动态 数学 模型 ，来 预测 未来 船舶 的行 为 以进 行
控 制 。模型 预测 控制 算法 的计算 比一般用 于动 力定
中应用 最 为广泛 的一种 控制 技术 【。 ３ 】
在最 新 的控制 系统 中 ，一般 都存在 着 多种 控 制 模式 来满 足不 同海况 下 的不 同定位要 求 。挪威 康 士
伯 公 司最 新 的控 制 系 统 中采 用 ３ 不 同 的控 制 模 种
３ ）智 能控 制 ：包 括模 糊 控 制 和神 经 网络控 制 等 。在 一定程 度上 模仿 人 的智 能控 制 ，具有 良好 的 控 制性 能 。如模 糊控 制有 不依 赖于 对象 的精确 数 学
息 ，这 些 都 是 由位 置测 量 系统 提供 的 。所 以对 于 动 力 定 位 的位 置 测 量 系 统 ，不 仅 要 求 有 非 常 高 的 精 度 ，还要 有 非常 高 的速度 。
在最 新 的位 置测 量 系统 中 ，一般应 用 ２种 及 ２ 种 以上 的测 量方 法 ， 以达 到高 精度 ，高 速度 ，抗 干 扰 的 良好 效 果 。挪威 康 士伯 公 司的几 款最 新动 力 定 位 系 统 就 是 将 无 线 电 系 统 和 差 分 全 球 定 位 系 统
２ 控 制 系 统
第一作者 简介：史斌杰，男 ，硕士研究 生，１８ ９ ７年生 。从
事船舶动力装置及自 动化研究。 收 稿日 期： ００１ ２ ２１ ２ ７ ＿－
控制系统是整个动力定位系统 的核心部分。动 力定位系统的精度和速度直接取决于控制系统 的
ห้องสมุดไป่ตู้
上海造 船 ２ １ 年第 ３期 ０１
Ａｂｔａｔ Ｗｉ ｅｄｖ ｌｐ ｎ ｎ ｖｎ ｅ ｎ ｆ ｅｐｓａｔ ｈ ｏｏｉｓｄ ｎ ｍｉｐ ｓｉｎｎ Ｄ ） ｙｔｍ ａ ｄｒ ｓｒｃ： ｔ ｔ ｅ ｅ ｍｅ ｔ ｄａ ａ ｃｍｅｔ ｅ － ｃ ｎ ｌｇｅ， ｙ ａ ｃ ｏｉｏ ｉｇ（ Ｐ ｓｓ ｈ ｓ ｅ ｈｈ ｏ ａ ｄ ｏｄ ｅ ｅ ｔ ｅ ｗｉ
Ｓ ＮＧＨ ＨＩＢ Ｌ Ｉ ＨＡ ＡＩ Ｐ ＵＩ ＤＮＧ 上 海 造 船 ２ １ 年 第 ３期 （ Ｓ ０１ 总第 ８ ７期 ）
动 力定位 系统 的最 新 技 术 进 展 分析
史 斌 杰 ，吴酷 莹
（ 海 交通 大学 ，上 海 ２ ０４ ） 上 ０ ２ ０
摘要 ：随着深海技术的不断发展和推进 ，动力定位系统 的应用越 来越 广泛，已成 为船舶 自动 化技术中的一个热点 问题 。从 动力定位 系统的 ３个组成部分— —位置测量系统 、控制系统和推力系统分析 了动力 定位 系统 的现 状和 相 关技术的最新进展 。 关键词 ：动力定位系统 ；位 置测 量系统；控制系统 ；推力系统 中图分类号 ：Ｕ６５７ ７． 文献标识码 ：Ａ 文章编号：１ ０ ．９ ２２ １） ３０ ４ ．３ ０ ５９ ６ （０ １ ０ —０ ３０
下：
不会 马上作 出反 应 ，这样减 少 了不必 要 的推力 器损 耗 ，但 是 ，一 旦模 型预测 到船 舶运动 轨迹 超 出工作
区或 操作 区，非线性 模型 预测控 制器 就会 迅速产 生 作用 ， 由这两 个控 制器 联合作 用 ，产 生最 优 的动态 推力 使预测 轨迹 尽可 能地 接近 工作 区边界 ，而 使船 不违 反约束 边 界 。此 类控 制方 法确保 了在 任何 外部 条件 情 况 下 消耗 最 低 功 耗 来 达 到 符 合精 度 要 求 的
点 ，而 神 经 网络 控制 具有 自适 应学 习功 能和 容错 能 力强等 特 点 。从 上世 纪９ 年代起 ，特 别 是本世 纪 ， ０ 智 能控 制 方 法 在 动 力 定 位 系 统 中获 得 了 广泛 应 用
［１ ３
。
３ 推 力 系统
目前 ，虽然 使用最 为广 泛 的依然 是传 统 的Ｌ Ｇ Ｑ 推 力系统 是动 力定 位系 统的执 行机 构 ，其作 用 是 按照控 制系 统发 出的一系列 推力 指令 ，形 成一 个 时变 的推力 系统 ，以抵 消外在 的 时变 环境 载荷 。此 推 力 系 统 包 括 一 个特 定 方 向 的水 平 力 和 一 个 艏 摇 弯 矩 。理 想 的推进器 能够 产生任 何 方 向的推 力 ，而
预 测 控 制 器 是 通 过 不 断地 求解 一 个 精 确 的船 舶 非
仅 需 要 ２ 推 进 器 就 能 够 产 生 这 个 瞬 时 的 推 力 系 个
统 。但 由于 目前单个 推进 器 的推力 容量有 限，仅 仅 ２ 个推 进 器 无法 满 足推 力容 量 的要 求 ， 同 时推进 器 系统必 须满足 平 台工作 的可 操纵 性和可 靠性 ，因此 推 进 器 系统 中推 进 器 一般 多 于５ ，但 不是 越 多越 个 好 ，因为还 要考 虑到推 进 器与船 体 以及推 进器 问 的 互相 影 响等 因素Ｌ。 由多个推 进器 组成 的系统便 成 ７ Ｊ 了一个 冗余 系统 ，存 在无 数多个 不 同大小 和方 向的 推力 组合 ，均 能满足特 定 的水平 力和 艏摇 弯矩 。 推 力分 配 问题 是一 个 多约束 情况 下的最 优化 问