[发明专利]一种具有动力定位系统的科学考察船

说明书

本发明公开了一种具有动力定位系统的科学考察船，包括船体以及设于船体上的动力定位系统，动力定位系统包括测量部分、控制部分及推力器部分，控制部分包括控制器，以及分别与控制器连接的手动控制单元及自动控制单元，以及分别与控制器相连的用于将测量部分采集的信息进行处理并将控制指令输出至推力器部分以实现预定的船舶定位控制或运动控制的计算机软件系统，控制部分还包括一用于对接收控制指令的主推进器及副推进器所输出的功率进行实时监测的动力负荷检测系统。能够确保动力定位系统安全可靠工作前提下使推进系统能耗最小，螺旋桨的转速可受到安全约束，因此可有效保护推力器系统因超负荷而损坏。

技术领域

本发明涉及船舶控制技术领域，尤其涉及一种具有动力定位系统的科学考察船。

背景技术

科学考察船，是指用于调查研究海洋水文、地质、气象、生物等特殊任务的船舶，随着海洋科考技术的发展，船舶动力定位系统越来越广泛地应用于海上作业船舶(海洋考察船、半潜船等)、海上平台(海洋钻井平台等)、水下潜器(ROV)和军用舰船(布雷舰、潜艇母船等)。它一般由位置测量系统，控制系统，推力系统三部分构成。位置测量系统(传感器)测量当前船位，控制器根据测量船位与期望值的偏差，计算出抗拒环境干扰力(风、流、浪)使船舶恢复到期望位置所需的推力大小和方向，推力系统进行能量管理并对各推力器的推力进行分配，推力器产生的推力使船舶(平台)在风流浪的干扰下保持设定的航向和船位。船舶的动力定位(dynamic positioning，DP)系统从70年代逐渐发展起来，在海洋工程、科学考察等领域有着重要的用途。随着船舶电力推进的成熟和自动控制理论的发展，动力定位系统的性能也不断提高。船舶动力定位系统是一种闭环控制系统，它通过控制系统驱动船舶推进器来抵消风、浪、流等作用于船上的环境外力，从而使船舶保持在海平面某要求的位置上。DP通过测量系统不断检测船舶的实际位置与目标位置的偏差，再根据环境外力的影响计算出使船舶恢复到目标位置所需推力的大小，进而对全船的各推进器进行推力分配，使各推进器产生相应的推力以克服风、浪、流等环境外力的干扰，使船舶保持在某确定位置或沿一定预定航迹航行。DP广泛用于海上作业船舶和海上平台的定点系泊，具有定位精度高、灵活性好、机动性强、适用于多种海况作业等诸多优点，受到广泛关注。

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。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，调整其推力大小和方向，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。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。CN 103507938 A一种平台供应船的动力定位系统，所述动力定位系统包括电罗经装置、风速风向仪装置、船舶动态传感器装置、全球差分定位装置、激光定位装置和水声传感器，电罗经装置、风速风向仪装置、船舶动态传感器装置、全球差分定位装置、激光定位装置和水声传感器均与主单元相连，主单元还连接有中央处理单元和推进器控制箱装置，推进器控制箱装置包括多个控制箱，每个控制箱均连接有推进器，推进器控制箱装置还连接有独立联合操纵装置。CN 107554721 A公开了一种船舶动力定位方法。该方法选择动力控制系统至所需模式，将执行机构控制置于“动力定位控制”模式，利用测量设备采集船舶及环境信息，由动力定位控制系统发出指令，通过各执行机构实现船舶的动力定位。