【硕士论文】基于船舶动力定位系统的研究.pdf

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1、大连理工大学专业学位硕士学位论文摘要随着人类对海洋开发的深入和地域的扩展，加深了人们对海洋的探索和科学实验考察，船舶动力定位系统(DynamicPositioningSystem，DPS)被赋予了重要的使命。船舶动力定位是具有不受海水深度和海况的影响、定位准确快速、操作方便等特点，为科学考察提．供了一个稳定的工作环境。本文是针对实际工程项目一新型综合科学考察船动力定位提出的需求进行的研究，主要方向是综合科学考察船动力定位系统的研究。首先从理论研究出发确定了船舶动力定位的数学模型，包括船舶数学模型所采用的两种坐标系，低频运动和高频运动的数学模型及环境因素

2、的数学模型。在数学模型的基础上，建立了船舶动力定位的测量系统，主要内容为位置测量设备、艏向测量设备及一些传感器。然后分析了组成船舶动力定位系统的三大系统，即测量系统，控制系统和电力推进系统，这是本文的重点部分。最后，在三大系统的基础上详细的阐述了船舶动力系统的工作原理，并在实践的过程中得到了坚实的验证。实践证明，该船的动力定位系统满足设计上的要求。本文提供了系统框架，在动力定位系统用于实践的过程中，还需要对动力定位系统某些方面进行修正和细化。本文也总结了一些经验，对动力定位系统的深入研究提供了宝贵的经验和重要的参考依据。关键词：船舶；动力定位；测量；电

3、力推进控制大连理工大学专业学位硕士学位论文1绪论1．1国内外发展概况船舶动力定位系统最初的应用开始于60年代。第一批装有动力定位系统的船舶的排水量为450-1000吨。这些船用于钻探、敷设电缆或对水下作业进行水面支援。第一艘装有自动反馈系统的动力定位船是“尤勒卡"号。动力定位系统对船体的尺寸和形状并没有影响，最显著的标志是它装有多台推力器。在世界上早期的动力定位船只中，最成功也最出名的是“格洛马挑战者’’号。该船几乎遍游地球的每一个海洋，收集水深大于2000英尺处的岩心，为地质学上的发现尤其是为板壳结构理论提供了大量有利的证据。最具有代表性的第二代动力

4、定位船舶要属“SEDC0445”掣¨，该船1971年投入营运，其动力定位系统与早期系统相比，主要特点是采用数字式控制器，包括一台16位的小型计算机，系统的各个原件都有冗余，可能长期不间断的运行，系统在设计时要求能连续作业50天。“SEDC0445”号也装有多台推力装置，包括11只辅助推进器和2只主螺旋桨。第二代动力定位船只中，每艘船都有其独到之处，但是都采用几乎相同的传感元件和数字计算机控制系统，一般都采用计算机组成的数字控制器，而位置传感器由单一型发展成综合型，在一个系统中同可时采用声学、张紧索和竖管角三种位置基准传感器。自80年代初开始形成的第三代

5、动力定位系统，主要采用当时刚开始发展的微处理机技术和Mutibus、Vme多总线标准等，其中典型的有挪威的ADPl00、ADP503，法国的DPS800系列，这些动力定位系统装备了海底钻探船、穿梭油轮、电缆敷设船、海洋三用工作船、ROV支持船、消防船、科学考察船、潜水支持船等多种船舶【2】。，国内自70年代开始研究动力定位技术，目前大多数研究单位结合实际课题也开展了技术攻关，已建立了船舶动力定位技术联调实验室，进行了包括潜艇救生艇六自由度动力定位系统的研制。中国船级社也完成了动力定位规范的编写。“大洋一号”远洋科学考察船是我国唯一的专门从事国际海底区域

6、资源勘察研究开发的、达到国际先进水平的现代化综合性远洋科学考察船。尤其是该船2002年进行了高起点的现代化增改装工程，最重要的内容之一便是增设动力定位系统，以满足科学考察船的作业的需要。目前，我国最大的小水线面综合科学考察船也装备了最先进的DP一1动力定位系统，于2009年4月中旬成功交付使用。基于船舶动力定位系统的研究1．2选题背景和意义随着陆地上的能源日益紧张，加深了人们对海洋资源的开发和考察。这时考察船被赋予了重要的使命。在人们向海洋开发的过程中，需要在考察船上进行各种数据的采集、计算和分析，为了保证考察船上的实验设备能更精确的采集到重要的数据，

7、此时需要保证船舶的稳定性，为科学考察提供一个良好的工作条件。传统抛锚受到水深和海况的制约，已经很难满足实验的要求。一个自由漂浮在海上的考察船，受海上环境(风、海流和波浪等)产生的环境力和力矩的作用，使它产生平移和转动。如果这些船舶要与海底的基准点或基准线保持一定的距离，船上必须具有产生反力和反力矩的能力。历史上人们曾用帆、浆、舵、系泊锚索和螺旋桨来提供反力和反力矩，在产生反力和反力矩的一般装置中，螺旋桨是人们最熟悉的一种。实际应用中，多点锚泊系统在许多情况下已无法使用，而螺旋桨却能在任何水深的情况下提供反力和反力矩。锚泊系统的造价随水深的增加而升高，与

8、此相反螺旋桨的造价与水深无关。船舶动力定位技术是一种用于深海复杂作业(打捞、救生、海底资源探测