基于无线传感器网络的船舶动力定位系统的研究

随着海洋开发领域的扩大,对船舶航行及停泊位置精确要求越来越严,动力定位系统成为大型船舶必不可少的设备之一。船舶动力定位系统通过传感器采集自身的动力状态及周围环境数据,再通过数据融合确定所需的推进力。针对采集数据分布广、类型多样的特性,利用无线传感网络分布式结构具有较好的处理性能。本文研究大型船舶动力定位系统数学模型,在此基础上设计基于无线传感网络的数据融合处理系统,最后进行仿真。     

非线性Backstepping算法在舰船动力定位系统控制的应用

船舶动力定位系统是一种闭环控制系统,通过检测船舶的位置、状态信号,控制船舶推进器产生相应的动力,抵消干扰作用力,使船舶能够相对稳定的定位。本文的研究内容是船舶定位系统的控制算法,通过建立船舶动力定位系统的函数模型,结合Backstepping算法,设计一种新型的船舶动力定位控制系统,通过仿真实验证明了该船舶动力定位控制系统的有效性。     

船舶动力定位中的模糊控制器优化技术

动力定位系统是一种闭环控制系统，采用推力器来提供抵抗风、浪、流等作用在船上的环境力，从而尽可能使船舶保持在海平面要求的位置上。在传统模糊控制的基础上，将遗传算法引入模糊控制器的设计当中，根据已知的模糊控制规则，对模糊隶属度函数自动寻优，该方法用于船舶动力定位中，对船舶纵向运动进行控制与仿真，仿真结果证明遗传算法优化的有效性。     

自抗扰控制在船舶动力定位中的仿真研究

控制技术是动力定位系统的核心技术,控制器的算法设计会影响动力定位的精度。本文在建立船舶低频运动动力定位系统模型的基础上,分别将PI控制器和自抗扰控制器应用于动力定位系统。给出自抗扰控制器算法,并对船舶无干扰状况下的横向位置、纵向位置和首向角进行建模仿真。仿真结果证明,自抗扰控制比传统的PID控制具有更好的动态性能,无超调,对船舶动力定位系统的实际定位能力有一定的指导意义。     

船舶动力定位系统的应用与实践

船舶动力定位系统近年来在国外发展迅猛，军民用特种船舶上均获得了日益广泛的应用。在我国也引起了重视，国内第一艘自行设计设置动力定位系统的无限航区大型船舶是远洋科学考察船“大洋一号”。该船配备动力定位系统后，成为达到国际先进水平的现代化远洋科学考察船，也为我国船舶动力定位技术的实际应用与不断发展迈出了极为重要的一步。本文较系统地介绍了船舶动力定位系统的组成、功能、设计要求，并以“大洋一号”船为例，较详细地介绍了动力定位系统的论证、设计、主要设备选型、系统调试、以及试验试航的结果，对于国内船舶动力定位系统的应用与发展有一定借鉴意义。     

船舶动力定位系统的使用

随着计算机的应用领域不断扩大,船舶动力定位系统,被逐渐广泛地应用在一些工程船和海洋调查船上。这些船舶在作业中对于保持船位的要求特别高。最近几年,在一些新造的港作船和大吨位的客滚船上也装有动力定位系统。本文以“大洋一号”为例介绍动力定位系统的使用。“大洋一号”远洋科学考察船于2002年进行现代化增改装时,增加了一套动力定位系统,自2003年开始,一直应用在海洋调查作业中。1“大洋一号”船动力定位系统简介动力定位系统由测量系统、控制系统和推进装置组成。控制系统接受测量系统发出的位置信息和环境力信息,通过计算机自动控…     

非线性Backstepping算法在船舶动力定位系统控制的应用

船舶的动力定位是指船舶在某些特定工况下,利用推进器和螺旋桨等产生推力和力矩,抵消海风、海浪等因素的干扰作用力和力矩,从而使船舶在海面某一区域保持相对静止。由于海上气象条件和海水深度的影响,传统的锚式系泊定位已经难以满足需求,而船舶动力定位系统的灵活性高、定位精度高、抗干扰能力强,因此应用越来越广泛。本文建立了船舶动力定位系统和干扰因素的数学模型,结合Backstepping非线性控制理论,设计了一种新型船舶动力定位系统的控制策略,并对该动力定位系统的位移控制响应进行了基于Matlab的仿真分析。     

船舶动力定位系统及其控制技术

为使船舶或作业平台在海上航行或作业时更好地保持航迹或稳定在某一工作水域范围内,对船舶的定位精度提出更高的要求。阐述船舶动力定位系统的定义、组成、工作原理、研究状况及其数学模型等,指出控制技术的快速发展和智能化,使其在动力定位系统中的应用越来越广泛;分析几种不同时期基于不同控制技术的船舶动力定位控制器的原理,阐述船舶动力定位系统未来的发展趋势,从而对今后的研究起到一定的参考作用。     

无线传感器网络WSN在船舶动力定位系统中的应用

船舶动力定位系统是一种船舶位置与动力控制系统,能够根据海浪、海风等外界干扰条件,协调船舶的推进系统、导航系统,自动修正船舶的当前位置,保持船舶姿态和航向的稳定,确保船舶能够按照正确的航线行驶。船舶动力定位系统的关键在于正确估计船舶的当前位置,在这种情况下,传统使用的GPS、北斗等卫星定位系统精度较低,难以实现船舶灵活、快速、高精度的调整与控制动作。本文提出一种基于无线传感器网络WSN的船舶动力定位控制模型,利用传感器网络测量外界风力、风向,结合当前船舶的行驶航向,利用数学模型估计船舶的偏移量,进而进行智能的控制。通过仿真实验表明,相比于传统方法,本文提出的方法能够以较低的实现代价,实现较高的动力定位精度,具有较高的实用价值。     

动力定位系统在59K穿梭油轮上的应用

动力定位系统在海洋工程中的广泛应用,极大地提高了船舶及平台运行的操作性与可靠性。本文结合已交付的59K穿梭油轮,分析阐述了动力定位系统中的推进系统、动力系统、控制和测量系统以及辅助系统的总体设计思路。     

不同风向和风速下动力定位船舶的动力响应分析

海上作业的海洋结构物须有良好的定位能力以方便各种工程的实施,为了实现高精度、不受水深影响的定位,越来越多的深海作业船舶倾向于安装动力定位系统。本文参考了某动力定位船舶的船型参数与船体响应幅值算子,利用OrcaFlex水动力软件模拟计算不同风向、风速下的动力定位船舶动态响应运动情况、推进器的反力和反力矩,实现了对动力定位船舶在不同风向下的动力学分析,得出不同风向和风速对船舶动力定位精度的影响,确定了船舶动力定位时的最佳风向并提出了若干工程建议,有助于船舶动力定位的优化设计及保证海上安全作业。     

船舶动力定位系统非线性观测器设计

针对动力定位水面船舶,基于Luenberger观测器构造原理及Lyapunov稳定性理论,构造一个船舶动力定位系统的非线性状态观测器。所设计观测器较卡尔曼滤波器的主要优越性在于不需要对船舶的运动方程进行线性化处理,且具有全局的指数稳定性。最后,用一艘供给船对所设计观测器进行数值仿真研究,仿真结果表明所设计非线性观测器具有良好的滤波及状态估计性能,船舶运动状态估计值指数收敛于其实际值,验证了所设计船舶动力定位系统非线性观测器的有效性。     

基于扩张观测器的船舶动力定位系统反演滑模变结构控制

针对海洋平台船舶动力定位控制系统,结合反演滑模控制与扩张观测器的优势,提出一种基于扩张观测器的船舶动力定位反演滑模控制方法.考虑到系统存在未知外部干扰以及船舶模型参数不确定性的问题,将系统分为内环观测器和外环控制器分别设计,首先利用扩张观测器估计系统的未知状态及不确定项,然后在外环的反演滑模控制器中进行补偿,最后用Lyapunov方法证明系统的稳定性.通过船舶定点控制仿真实验表明,基于扩张状态观测器的反演滑模控制器使得船舶纵荡和横荡的位置及首摇角度逐渐保持在期望值,具有较强的鲁棒性和控制性,能够有效抑制传统滑模控制的抖振问题,有益于船舶工程应用.     

基于以太网的船舶动力定位控制系统设计

动力定位系统是现代深海船舶和海洋平台必不可少的支持系统,该文提出了一种基于以太网技术的船舶动力定位控制系统设计方案,并以"锋阳海工"号铺缆船为目标,进行了实船控制系统的研制工作,该控制系统经1:13的水池模型验证,获得了良好效果。     

浅析海洋工程平台供应船动力定位系统

提要动力定位系统（Dynamic Positioning System,简称DP系统）是一种闭环的控制系统,通过采用推力器和传感器的配合来提供抵抗风、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,并且操作也较方便.随着船舶电力推进的成熟和自动控制理论的发展,DP系统的性能也不断提高.本文以动力定位2级的海洋工程平台供应船为例,对其DP系统冗余性进行分析.     

Global robust and adaptive output feedback dynamic positioning of surface ships

A constructive method was presented to design a global robust and adaptive output feedback controller for dynamic positioning of surface ships under environmental disturbances induced by waves, wind, and ocean currents. The ship’s parameters were not required to be known. An adaptive observer was first designed to estimate the ship’s velocities and parameters. The ship position measurements were also passed through the adaptive observer to reduce high frequency measurement noise from entering the control system. Using these estimate signals, the control was then designed based on Lyapunov’s direct method to force the ship’s position and orientation to globally asymptotically converge to desired values. Simulation results illustrate the effectiveness of the proposed control system. In conclusion, the paper presented a new method to design an effective control system for dynamic positioning of surface ships.     

室内定位技术在船舶上的应用研究及方案设计

为了满足远洋大型船舶对人员和物品进行方便、快捷和高效管理的需求,利用无线定位技术构建一种适用于大型船舶的室内实时定位系统.在简要介绍人员定位基本原理的基础上,通过分析比对当前常用的无线定位技术的优缺点,针对船舶复杂环境的室内定位需求,给出了基于ZigBee技术和基于RSSI测距定位算法的船舶室内定位系统初步设计方案.该设计方案实现了对船舶人员或物品地理位置的实时精确测定和管理.     

深海工程船锚泊仿真系统

为实现工程船定位和控位快速模拟仿真,以45000载重吨海洋工程船为例,采用均匀设计试验方法,确定深海船舶工作的不同工况组合,基于Ansys-Aqwa软件对该船的深海锚泊动态响应进行仿真分析。对仿真结果进行回归分析处理,得到船舶位移和锚索张力与锚索长度和环境载荷(风、浪、流)之间的数学响应模型。对位移数学响应模型进行求反函数处理,获取船舶控位调整锚索长度的方法,为深海锚泊软件仿真系统提供模型支撑。     

工程船动力定位系统滤波器设计与研究

为了解决卡尔曼滤波器在给定艏向线性化和过程噪声矩阵难以精确计算的问题,在建立船舶动力定位系统数学模型的基础上,设计了基于Sage-Husa自适应滤波算法的动力定位系统滤波器,并针对具体船型进行了滤波器设计,通过实船试验表明此方法能够很好的滤除高频运动信息的干扰,准确地估计出船舶低频运动信息,在工程上是可行的。     

动力定位系统的研究与分析

动力定位系统在船舶和海洋工程有着大量的应用,特别是在深水石油开发钻井平台中成为必备的关键设备。海洋钻井平台在钻井作业过程中要求其不受海洋气象环境的影响,保持在一个相对确定的海面位置上。早期浅水浮式钻井平台采用锚定位的方式可以胜任该项作业要求,但随着水深的增加,特别在大于1000米水深时,从技术和经济角度考虑已不能适应实际的需要。本文集中介绍动力定位系统的组成和系统配置,为以后的动力定位系统设计起到一定的借鉴作用。