船舶动力定位 开题报告.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑船舶动力定位 开题报告 开题报告 电气工程及自动化 船舶动力定位操纵技术研究 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 船舶在海上运行时会遇到风、海浪和海流等海洋环境的干扰，这样船舶就产生了受扰运动例如科学考察船在海上举行作业时，需要停在指定的位置上但是由于海上环境的影响，考察船不能一向停在指定的位置上因此为了确保船舶在海上运作的稳定性，需要对船舶举行定位以往，传统的定位方法是锚泊定位传统的抛锚定位是将锚扔入海底，利用锚钩住海底的淤泥，从而使船舶抗争受到的外界的干扰力抛锚定位它的优点是，锚是任何船舶上都会备有的定位设备，从而不用另外加装其他的定位设备但是这种定位系统有不成避免的缺点：1、定位不够确切，其准确性与水深成反比； 2、抛锚、起锚费时对比麻烦，机动性能差一旦抛锚，假如需要重新定位时，需要收锚然后重新抛锚定位，这一过程本身就很繁琐和费时3、锚泊系统很简单受海底状况及水深的影响和限制，在一般状况下，它的有效定位的范围是在水深100米左右的区域4、对于一些需要在深海作业或者航行的船舶，随着水深的增加，锚泊系统的抓底力会渐渐减小，抛锚的困难程度也会增加，同时还要增加锚链的长度和加强强度，从而导致锚链的重量一下增大，使海上的布链作业将变得繁杂。

此外，锚链的价格和安装费用也会猛烈增加在实际状况下，当水深达到一定的深度时，多点锚泊系统已经没有多大的用处 而船舶动力定位系统与传统的定位不同，它不需要借助锚泊系统定位，而是通过测量系统检测出船舶的实际位置与所需要的目标位置的偏差，然后再根据外部环境扰动力的影响来计算出访船舶恢复到目标位置时需要的推力大小，再通过操纵船舶上的推力器举行推理分派，从而使推力器产生相对应的推力，尽可能地使船保持在要求的位置上动力定位系统的特点是不受海水深度的影响，推力器能在任何水深下提供推力抗争环境力，动力定位系统的定位本金不会随着水深的增加而增加，同时它具有定位急速确切，快速响应天气环境的变化和不受海洋环境的影响等优点由此看来，相比于传统的锚泊定位，动力定位有很大的优势，特别适用于深海领域因此对动力定位的研究具有重要的意义 动力定位系统（Dynamic Positioning System）是一种闭环的操纵系统，它是通过推力器来提供抗争风、浪、流等作用在船上的环境力，从而使船尽可能地保持在海平面上要求的位置上，其定位本金不会随着水深增加而增加，并且操作也对比便利 随着动力定位技术的发展，动力定位的概念也在扩大。

采用动力定位技术，可以使船舶与其他船只保持相对位置不变，使船舶按预定轨迹移位，按预定计划航线以预定航速航行，实现船舶自动驾驶，对水下目标举行自动跟踪等动力定位操纵系统的工作原理如下：该系统由DP操纵和JS操纵组成其中DP操纵是自动操纵而JS操纵是人为手动操纵其中风速风向仪、差分GPS、电罗经和参考垂直单元等用来测量位置和外部环境信息，然后将这些信息经过信息采集单元的收集和处理传送给DP操纵主电脑举行计算，再将计算的结果传送给信号处理单元，接着输出到操纵转换单元来操纵推进器等设备来产生推力其中的推进设备中的主发1、主发2、主发3是三台柴油发电机母联1和母联2分别是主配电板和配电板通过船舶的功率管理系统即PMS管理输出操纵信号来驱动这三台柴油发电机供电开关、主配电板和配电板的开关使相应功率提供得到保障JS操纵是人为通过输入参数来操纵 寻常研究船舶在海上的运动需要建立运动模型由于海流、风和波浪的作用，导致船在海上航行或者作业时会产生六个自由度的运动寻常对于在海上环境作用下的水面动力定位船舶，动力定位系统是用来操纵船舶的纵荡（X向）、横荡（Y向）和艏摇的平面运动 动力定位船舶数学模型由两部分组成：第一部分低频运动（小于0.5rad/s），动力定位系统仅仅操纵的这部分运动是由海流、风和二阶波浪引起的运动，这样做的好处是减少操纵所需的能量和推力器的磨损，还有降低设备的制造本金； 其次部分是由一级波浪引起的高频运动（0.3~1.6rad/s），由于这部分运动造成船舶的振荡，不会造成船舶的位移，因此这部分运动不反馈给操纵系统，操纵器也不操纵这部分运动。

船舶的总运动是由这两部分迭加而成 船舶动力定位系统最早开头使用是从20世纪60年代和70年代初而率先使用动力定位系统的船是用于铺设电缆，勘探或是对水下的作业举行一定的水面支援，并且船的排量大约是450—1000吨犹勒卡〞号是第一艘装有动力定位系统的船舶动力定位系统最明显的特点是它一般都装有好几台推力器，但是并不会影响船体的外形和尺寸在早期的装有动力定位系统船舶中，最著名同时也是最成功的是“格洛马挑战者〞号这艘船差不多游遍了世界的每一个海洋，在水深超过2000英尺的海洋中收集岩心，这些岩心为地质学上的发觉十分是为板壳结构理论提供了十分有利的证据 在其次代装有动力定位系统的船舶中，虽然每艘船舶都有一些不同之处，但是都采用了差不多一致的传感器和数字计算机操纵系统，数字操纵器一般都是有计算机组成的，而位置传感器是从单一型发展到综合型的，在一个系统中可以同时采用竖管角、声学和张紧索这三种位置基准传感器其次代动力定位船舶中最具有代表性的船舶是“赛德柯445〞，该船是在1971年投入运营的，与早期的动力定位系统相比，它的主要的特点是采用了数字式的操纵器，其中包括了一台16位小型计算机，系统可以长期不休止的运行。

同时该船还装有多台推力装置，其中有2个主螺旋桨与11个辅助推进器 第三代动力定位系统开头形成于80年代初，当时主要采用的是刚开头发展起来的微处理机技术和Vme、Mutibus多总线标准等，其中典型的有法国的DPS800、挪威的ADP100、ADP503系列，这些动力定位系统装备了潜水支持船、海洋三用工作船、科学考察船、穿梭油船、消防船、电缆敷设船等多种船舶 我国从70年代开头研究动力定位技术，目前有好多研究单位通过结合实际课题并且开展了技术攻关例如，我国唯一的特意从事国际海底区域资源勘察研究开发的“大洋一号〞远洋科学考察船，该船已经达到了国际先进水平2022年，该船举行了动力定位系统，用以科学考察船在海上的作业需求 由于推进技术、传感器和计算机技术的发展使动力定位系统产生巨大的进步，然而动力定位技术的核心是操纵技术，因此操纵技术的发展才真正代表了动力定位技术的发展水平到目前为止，动力定位操纵技术已经发展到第三代，这三代动力操纵技术的特点分别是经典操纵理论、现代操纵理论和智能操纵理论在动力定位操纵技术中的应用以下是几种操纵技术的介绍： 1、PID操纵 PID操纵是早期的动力定位操纵技术，它操纵船舶的三个自由度，分别是纵荡、艏摇和横荡。

PID操纵采用风前馈技术，根据艏向和位置的偏差来计算推力大小，然后确定推力的分派规律并操纵推力器产生推力，从而实现船舶的定位在早期不得不说PID操纵确实取得很大的成功但是PID操纵 还是有不成避免的缺点，首先，PID操纵使用的是一种线性模型，而动力定位系统是一种非线性系统，因此PID操纵的功能就有一定的局限性此外，由于海上的环境状况是不断变化的，因此对PID参数的选择也要随之变动这也促使了动力定位操纵技术要进一步的发展[6] 2、LQG操纵 其次代动力定位操纵技术是LQG操纵，该技术在现代的船舶应用特别广泛，它将Kalman滤波引入到动力定位的操纵中，通过Kalman滤波器测量船舶的位置信息，然后估算出其低频运动状态，并将之反馈形成针对船舶低频运动的线性随机最优操纵LQG操纵在鲁棒性、节能和安全上较PID操纵都有较大的进步，同时还解决了在操纵中由于滤波而导致的相位滞后的问题但是也有一些缺点：一是它的计算工作量对比大； 二是由于模型不够准确导致有一定的误差产生 3、模糊操纵 模糊操纵是一种新型的操纵技术，它与传统的操纵技术有一定的区别模糊操纵可以不依靠于对象的准确模型，鲁棒性好，响应速度快，抗干扰才能强。

考虑到船舶动力定位的特点，模糊操纵技术还是对比适合的Inoue最初在单点系泊中结合了模糊操纵动力定位，给出了其根本的模型，操纵器的输入量是位置及位置偏差，输出量是推进力但是模糊操纵缺乏自适应与自学习的才能导致其操纵策略都是提前设定好的，一旦海上状况发生变化，操纵的效果将不会很梦想因此在模糊操纵中参与自我调理功能，这样能提高模糊操纵在外部条件发生变化时能自动调整操纵策略 4、神经网络操纵 神经网络操纵和模糊操纵一样，都属于智能操纵由于神经网络操纵对比适合高度非线性和不确定性的对象，所以还是对比适合作为动力定位操纵技术来使用Yip和Pao为了证明用船的轨迹可以导出漂移力的基础上提出一种神经网络操纵器，并把它应用到动力定位系统中做法如下：将一段时间历程的操纵力及船的平均位置作为输入，通过一个循环神经网络学习船的漂移动力学关系，以此来预计为使船在下一时刻与预定位置误差最小所需的操纵力值得留神的是操纵力也包括下一时刻将要受到的波浪漂力 总 结：船舶动力定位技术作为一种新型的海上定位技术，相比传统的定位技术，它具有快速定位，定位的区域不会随着水深的增加而受到限制，受海上环境及天气的影响较小。

除此之外，动力定位的费用也不会随着水深的增加而提高由于动力定位技术的优越性，这种定位方法已经应用到好多的船舶，例如，客船、货船、挖泥船、海缆船等需要在海上需要作业的船舶动力定位技术经过几十年的发展，技术也变的越来越先进而操纵技术作为其核心部分，也得到了快速的发展从早期的经典理论到现在的智能操纵理论，操纵技术也朝着越来越智能化的道路发展以便船舶能更好地适应海洋上繁杂多变的环境模糊操纵技术作为智能操纵技术的一种，它的特点是不依靠于对象的准确模型，鲁棒性好，响应速度快，抗干扰才能强模糊操纵比PID操纵更适合动力定位操纵技术近几年我国动力定位操纵技术发展很快，但跟国外的动力定位操纵技术还有差距而且我国好多的动力定位操纵技术还停留在理论仿真和试验研究的状态随着操纵技术的发展，动力定位操纵技术的精度和稳定性将有更好地提升 三、研究步骤、方法及措施： 步骤及方法：（1）了解现行船舶动力定位操纵的技术 （2）分析相关的船舶机动力定位操纵的技术 （3）对比和分析动力定位操纵中的PID操纵与模糊操纵 （4）制定一套对比适合现在船舶的动力定位操纵技术 （5）得出相关结论 措施：图书馆查找相关的书籍、期刊、杂志等，通过上网寻觅相关的一些资料，查看当代对该技术的研究成果和最新的动态。

然后通过对这些资料的学习和研究进一步的熟悉和理解设计所需的相关知识在设计过程中即时与指导老师探讨，对不了解的问题即时向老师请教 四、— 9 —。