动力定位是一种可以不用锚系而自动保持海上浮动装置的定位方法。采用动力定位的海上浮动装置,在海上钻探作业时不需要抛锚,这不仅减少了复杂的抛锚工序,而且工作的水深亦不受锚系长度的限制,甚至可以在水深大于1000米以上的深度进行工作。
方法简介
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。
等级精度
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。
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
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)(NeuralNetworkControl)
动力定位厂家
1)当前世界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。