[发明专利]一种用于动力定位系统故障模式响应测试的模型试验平台

说明书

本发明涉及一种用于动力定位系统故障模式响应测试的模型试验平台，所述模型试验平台参照IMO MSC.1Circ1580DP系统要求，并具有在一定风浪环境条件实现动力定位的功能，其特征在于，包括试验船模以及基于试验船模配置的动力模块、推进模块、DP控制模块以及远程操作终端，其中：DP控制模块配置故障注入软件模块，利用故障注入软件模块针对DP系统故障模式施加测试激励，从而在线测试DP控制模块各功能的可靠性。本发明通过注入故障的方式测试DP控制系统与软件功能算法对设备故障、信号特征变化、模型参数调整等干扰因素的响应与处理过程，对DP控制系统信号处理、状态监视、故障诊断等功能进行在线测试。

技术领域

本发明涉及一种用于动力定位(DP：Dynamical Positioning)系统故障模式响应测试的模型试验平台，属于船舶与海洋工程自动化控制技术领域。

背景技术

随着人类对海洋资源开发从近海走向远海，海洋工程对作业安全性及海洋结构物保持位置精确性的需求增加，DP控制系统成为大型海洋工程装备的必要配置系统，如深海钻井平台、执行海底管道铺设的铺管船等，均采用动力定位控制系统使作业平台或船舶实现精确定位与定向控制目标。目前国内对动力定位系统的研究主要集中在控制策略与系统功能的仿真测试研究，缺少对DP控制系统功能可靠性与鲁棒性的试验测试研究。本发明所涉及的试验平台，能够通过模拟设备故障与信号特征变化、调整模型参数等方式施加干扰因素对DP控制系统功能进行在线测试，是研究DP控制系统功能完整性、稳定性、鲁棒性及实时性的重要技术平台。

船舶动力定位系统通常由动力系统、推进系统、控制系统等三部分组成。动力系统为全船设备提供能量，涉及船舶整体的安全完整性，DP控制系统必须基于动力系统提供的可用功率执行其控制功能，不能因DP系统功能引起动力系统功率过载或故障。推进系统作为DP系统的控制执行机构，通常由多台不同类型推进器组成，DP控制系统通过逻辑判断与推力分配算法对所有可用推进器进行协调控制，并实时监视推进器运行状态，对其故障进行及时响应处理。DP控制系统是实现船舶定位定向功能的核心功能模块，包括过程控制单元、人机交互单元、通信网络、位置参考系统及传感器系统。其过程控制单元实时接收人机交互单元、位置参考系统、传感器、动力系统、推进系统的输入信息，基于船舶动力学模型建立位置偏差的闭环控制回路，实现定位定向功能。过程控制单元对输入信号进行比较、滤波、插值、预测等处理，对设备故障以及信号特征变化进行实时响应，以减少信号干扰对DP控制系统的影响，确保系统功能表现稳定可靠。

经专利检索发现，中国专利CN1544285A(申请号200310108552.6)发明了一种“动力定位模型试验系统”，该发明主要侧重测试验证DP控制系统对外部环境(模拟海况)条件的适应能力，以用于海洋工程模型试验，预报海洋工程结构物在海洋环境下的运动情况。中国专利CN110308714A(申请号201910552415.2)发明“一种水上平台动力定位系统核心操控策略验证的试验平台”，采用无线遥控的方式开展动力定位控制策略的模型试验研究。上述专利中的试验系统或平台，着重于动力定位控制策略的试验验证，未考虑DP控制系统对设备故障、测量信号特征以及模型参数变化等干扰因素的处理功能以及测试验证。中国专利CN 104267606 B(申请号201410581902.9)发明“一种动力定位控制系统硬件在环测试仿真器及其工作方法”，搭建硬件在环仿真测试系统，通过在仿真测试平台上模拟各种故障模式，对DP控制单元功能进行仿真测试。由于仿真模型忽略了实际风浪环境、DP船舶与DP控制系统中的多种非线性因素，无法真实反应DP控制系统的性能表现与功能稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种在定位状态下施加测试激励实现DP故障模式，在线测试DP控制系统的响应表现，获得真实数据信息的试验平台。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种用于动力定位系统故障模式响应测试的模型试验平台，所述模型试验平台参照IMO MSC.1Circ1580 DP系统要求，并具有在一定风浪环境条件实现动力定位的功能，其特征在于，包括试验船模以及基于试验船模配置的动力模块、推进模块、DP控制模块以及远程操作终端，其中：