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航姿参考系统在海洋动力定位中的应用 发布时间:2020-01-01   浏览量:1545次

随着深海海洋业务的不断发展,动力定位系统(Dynamic Positioning System,以下简称DP系统) 技术在海洋工程上的应用越来越广泛。


动力定位系统是一种闭环的控制系统,其采用推力器来提供抵抗风、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,其定位成本不会随着水深增加而增加,并且操作也比较方便。


简单的理解就是:DP系统通过自身测量系统不断的检测船舶的实际位置、船艏向与目标位置、艏向的偏差,再根据环境外力影响,通过其控制系统来计算分配推进器的推力,使各个推进器产生的推力,以便抵消船舶所受风、浪、流等作用于船上的环境外力,从而使船舶保持在期望的固定位置上或着沿着预期的航迹航行。基于DP系统定位精度高、灵活性好、不受海深影响等特点,其可适用于多种海洋作业场合,比如:钻井船、起重机船、科考船等。


国际海事组织和国际海洋工程承包商协会将DP系统定义为动力定位船舶需要装备的全部设备,包括动力系统、推进器系统和动力定位控制系统。由于海上作业船舶对动力定位系统的可靠性要求越来越高,国际海事组织和各国船舶组织都对DP提出了严格的要求,制定了三个等级标准:DP1、DP2和DP3。


动力定位系统包括测量系统、控制系统和推力系统三大部分。


测量系统是测量船的位置信息、航向姿态信息、运动信息和周围环境等信息的装置,其将采集到的信号传递给控制系统。测量系统包括:测量风速风向的风速风向仪器、提供船艏向航向基准的船艏向传感器电罗经、提供船舶精确位置的DGPS系统、可提供姿态的姿态传感器MRU等。测量系统的精度是整个动力定位系统精度的基础,提高DP系统的精度和实时性是很关键的一个问题。

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MRU(Motion Reference Units)运动参考单元,内部集成高精度3轴陀螺仪、加速度计、磁力计和气压计,融合自身算法,可以提供精确的航向、俯仰横滚、升沉、摇摆、浪涌、速度、位置和原始数据等信息。航姿参考系统产品是一款高性能的惯性测量设备,可以测量运动载体的姿态参数(横滚和俯仰)、角速度、加速度信息和航向角。姿态和角速度偏差通过具有适当增益的6态卡尔曼滤波得到相应估计,适用于导航、定位的动态测量。在恶劣的环境下仍能精密地测量载体的角速度、加速度和姿态等运动参数。


控制系统包括信号的接受和控制处理单元,是整个动力定位系统的核心部分。其接收到测量系统发出的位置船艏向信息和周围环境信息,通过计算机算法自动控制船舶上的各个推进器,计算出合适的推力,以对船舶受到的各种外力(风流浪等)有个抵消,使船舶保持希望的目标位置和船艏向。

 

推力系统是DP系统的执行机构,包括动力系统和推进器。其接受到控制系统发出的指令,来控制各个推进器推力的大小和方向,来抵消船舶收到的各种外力和力矩,从而实现动力定位。


标签: 海洋动力定位

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