基本信息
- 项目名称：
- 抛石船动力定位系统实船应用的关键技术突破
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品基于某抛石船实船数据，解决了控制系统实船应用的核心问题，依此设计出成套的动力定位系统，成功完成模型实验的动力定位。 由于海洋环境的复杂性，传统控制方法和仿真都不适用，我们通过大量的试验修正控制方程，得到适合于动力定位的控制方法，形成计算控制模块。另一方面，自主设计了流估算模块，提高定位效率。 经过模型试验，该动力定位系统定位效果良好，目前在实船调试。
- 详细介绍：
- 本作品基于某抛石船实船数据，解决了控制系统实船应用的核心问题，依此设计出成套的动力定位系统，成功完成模型实验的动力定位，目前在实船调试。我们主要对控制系统进行了以下改进： 1、计算控制模块：由于海洋环境的复杂性，现有的控制理论和仿真不可直接应用，我们首先基于自适应模糊控制原理进行抛石船动力定位系统的理论建模，然后根据大量模型试验修改控制参数、调试程序，最终得到适合该抛石船模型的控制方法，该方法集成到控制系统中称为计算控制模块。 2、流估算模块：由于该抛石船的工作环境以流载荷为主，流速范围0-0.2m/s，流向范围0-180度，我们每隔5度取等距的10个速度点共370个工况进行试验，记录每个工况下船到达稳定位置的控制参数，建立推力方案数据库，并嵌入到控制系统中，称为流估算模块。实船定位中，利用传感器测出流速和流向，即可调用该模块中的信息。 计算控制模块实现了动力定位控制系统在实船中的应用，流估算模块则提高了定位控制的效率，基于以上两个模块可实现两种模式的控制方式：大范围运动调用流估算模块，实现粗调控；小范围定位调用计算控制模块，实现微调控。 经过最终模型试验证明，基于该改进的控制系统对外界干扰变化敏感度低，稳定可靠，在模型动力定位系统中起到了决定性作用，该动力定位系统定位精确、稳定。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计发明目的和基本思路： 抛石船用于电缆、管道和流线等海底岩石安装的工程应用,其工作模式有两种：定点和低速直线航线，需安装动力定位系统。本作品的研究对象为某工作于台湾海峡的抛石船。 但是，由于海洋环境的复杂多变性，现有控制理论不能直接应用于动力定位系统，目前国内尚无自主研发成功的控制系统。国外所有能生产动力定位系统的公司，由于技术封锁，都没有申请任何相关专利。如果从国外购买，价格十分昂贵；而且，虽有使用权，却无核心技术。 本团队依托上海交通大学海洋工程水池，对控制理论进行实验修正，成功实现了该抛石船模型的动力定位。另外，我们自主设计了流估算模块，从而形成粗调控和微调控两种控制方式，大大减少了定位时间。 本作品对包括军舰等在内的其他船型，以及海洋结构物的动力定位均有很高的参考价值，并有助于打破国外在该领域的技术封锁，对我国船舶工业由“做大”到“做强”极具现实意义。 创新点 1.实验修正控制方程的参数，得出适合于该船动力定位的控制方法，称为计算控制模块。 2.首次提出设计流估算模块 3.以上两个模块形成两种控制方式，大幅提高单独使用计算控制模块的效率。 4.鉴于以上改进的动力定位系统在模型试验中取得了精确的定位效果，正在进行实船调试，动力定位系统从理论走向实际应用，国内尚属首次。 技术关键： 1、模型采用PSD测量系统，实船采用DGPS 2、螺旋桨设计、布置 3、实验修正控制参数 4、流估算模块设计 技术指标： 1、精度 2、效率
科学性、先进性
- 科学性： 1、位置测量精度高，保证了定位的精度。 2、风浪流计算理论准确，保证了推力系统设计的合理性。 3、控制算法的修正和流估算模块的设计均基于大量并且有效的实验数据，模型实验验证了其正确性。 先进性： 1.实验修正后的控制算法成功应用于抛石船模型，正在实船调试，实现动力定位理论到实际应用的跨越。 2.自主设计的流估算模块经对比试验证明大幅提高了定位效率。 3.模型试验证明该动力定位系统精度高，响应迅速，稳定性好。 4.该项目的成功对其他船型的动力定位系统研制有极大的参考价值，有助于突破国内动力定位核心技术的壁垒。
获奖情况及鉴定结果
- 正在进行实船调试，鉴定结果有望于2011年8月获得。
作品所处阶段
- 生产阶段
技术转让方式
- 面议
作品可展示的形式
- 模型、现场演示、图片、录像、样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点和优势： 1、完全靠自身产生的推力定位，不需要依靠外部设备。 2、定位方便快速，机动性高，易于操作。 3、对外环境改变能作出快速响应。 4、多模式控制，提高效率。 适用范围： 本作品针对抛石船设计，但其设计思路可推广于海洋平台、FPSO、挖泥船、铺管船等任何海洋浮式结构物、工程船的定位。 推广前景及市场分析： 本作品的研究思路有助于国内动力定位系统研制技术的突破。 动力定位系统相对于传统锚链式系泊系统可使用范围更广、定位精度更高、操作更简单易行等优点，这些将保证产业化的实现。 中国海洋工程正处于蓬勃发展的阶段，动力定位系统可以应用于水深较深（3000米及以上）的海洋平台，可以用于各种工程船舶，提升他们的工作效率以及适应环境的能力，具有广阔的潜在市场。
同类课题研究水平概述
- 荷兰Marin在80年代初期即确定了关于推进器和定位的研究计划，并开展了动力定位的模型试验;挪威在90年代做过动力定位方面的实验;格拉斯哥大学和日本九州大学对动力定位系统稳定性做了研究;美国加州Berkeley的Webster和葡萄牙Porto大学Sousa合作研究了平台动力定位系统多个推进器的优化配置问题。现在世界上最大的三家动力定位产品生产公司是Kongsberg Simrad，ALSTOM和NAUTRONIX。 但是由于国外处于专利保护，技术保密封锁，国内动力定位系统的研究水平相对落后，停留在实验室阶段，没有任何成型的系统能够应用于实船。 本作品改进了现有控制系统的几个关键技术，已经有成型的动力定位控制系统，通过模型试验证明有足够的定位能力，正在进行实船调试。本作品在全国动力定位系统研究的领域中无论理论还是实践都处于领先的地位，有助于打破我国动力定位系统领域研究的壁垒，有很大的参考价值。
