[科普中国]-动力定位

简介

动力定位是海洋工程船舶的一种定位方法，先用声呐测定船位，再利用船上的自动控制系统，发出指令，控制安装在船首、船尾的侧向推进器，来固定船位。

动力定位法的优点是不受水深限制，适合于深水海域使用。

组成动力定位系统由船位显示仪、电子计算机控制机构和推进器等部件组成。工作时，电子计算机随时可根据船位仪所测定的船位数值，自动地发出控制信号，改变推进器的运转方向、转速或叶片的螺矩，以调节船位。有的动力定位系统，还可根据风力的变化，提前发出信号来抵消风力的影响。

工作原理动力定位1时,通过电脑传输，只需几分钟的时间，就把航行中的船稳稳地停在预定的位置。该系统开启后，位置传感器、航向传感器、 姿态传感器、 风传感器、海流传感器等仪器开始实时实地测得数据，并把这些数据信息及时传输给计算机 ，计算机再将其与储 存的预定停泊位置资料对照，找出差别，继而向各推进器发出指令，调整其推力，实行差别修正，直至到达预定位置，停稳。 该系统应用了差分全球定位系统，数字滤波技术，以及最优控制软件等先进技术，使其定位精度在几米之内，达到当今世界先进水平。该系统不仅应用于停船定位，而且还能应用于船与船间的航距固定。专 家介绍，海上补给船在行进间进行补给工作时，需要安全可靠的航距保持操纵，该系统通过对船舶推进器的自动精确控制，使海上运动补给不再成为高难动作。 此外，该系统还应用于海底电缆铺设、检修，倾倒岩石，采沙挖泥，起重船作业，穿梭油轮，潜水，ROV，海上打捞救生，以及深海石油开采等海洋作业的平台定位。

动力定位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2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。

动力定位精度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。因此，动力定位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。

动力定位分类动力定位分类1分为很多种，常见的可按照控制动能分类和控制理论分类。

按照动力定位控制动能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

按照动力定位控制理论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（LinearQuadraticGuass），当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(FuzzyLogicControl)

6)2(NeuralNetworkControl)

动力定位厂家1)当前世界3上较有名的生产动力定位产品的公司有KongsbergSimard,Alstom和Nautronix三家；其中KongsbergSimard公司的产品优势占领当前国际船舶动力定位市场。

2)当前世界上生产动力定位产品的公司有：Kongsberg、Alstom、Nautronix、PRAXIS、NORR、NAVIS、CONVERTEAM、L3CommunicationCompany、AutoNav等。