船舶動(dòng)力定位技術(shù)簡(jiǎn)述

1、船舶動(dòng)力定位技術(shù)簡(jiǎn)述.動(dòng)力定位技術(shù)背景國(guó)外動(dòng)力定位技術(shù)發(fā)展目前，國(guó)際上主要的動(dòng)力定位系統(tǒng)制造商有Kongsberg公司、Converteam公司、Nautronix 公司等。下面分別介紹動(dòng)力定位系統(tǒng)各個(gè)關(guān)鍵組成部分的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀。1（動(dòng)力定位控制系統(tǒng)1）測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng)是指動(dòng)力定位系統(tǒng)的位置參考系統(tǒng)和傳感器。國(guó)內(nèi)外動(dòng)力定位控制系 統(tǒng)生產(chǎn)廠家均根據(jù)船舶的作業(yè)使命選擇國(guó)內(nèi)外各專(zhuān)業(yè)廠家的產(chǎn)品。位置參考系統(tǒng)主 要采用DGPS水聲位置參考系統(tǒng)主要選擇超短基線或長(zhǎng)基線聲吶，微波位置參考 系統(tǒng)可選擇Artemis Mk 4 ,張緊索位置參考系統(tǒng)可選擇 LTW Mk激光位置參考系 統(tǒng)可選擇Fanbeam Mk

2、 4,雷達(dá)位置參考系統(tǒng)可選擇 RADius 500X。羅經(jīng)、風(fēng)傳感 器、運(yùn)動(dòng)參考單元等同樣選擇各專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品。2）控制技術(shù)20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了第一代動(dòng)力定位產(chǎn)品，該產(chǎn)品采用經(jīng)典控制理論來(lái)設(shè)計(jì) 控制器，通常采用常規(guī)的PID控制規(guī)律，同時(shí)為了避免響應(yīng)高頻運(yùn)動(dòng)，采用濾波器 剔除偏差信號(hào)中的高頻成分。20世紀(jì)70年代中葉，Balchen等提出了一種以現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)的控制技術(shù)-最優(yōu)控制和卡爾曼濾波理論相結(jié)合的動(dòng)力定位控制方法，即產(chǎn)生了第二代也是 應(yīng)用比較廣泛的動(dòng)力定位系統(tǒng)。近年來(lái)出現(xiàn)的第三代動(dòng)力定位系統(tǒng)采用了智能控制理論和方法，使動(dòng)力定位控制進(jìn)一步向智能化的方向發(fā)展。智能控制方法主要體現(xiàn)在魯

3、棒控制、模糊控制、非 線性模型預(yù)測(cè)控制等方面。2001年5月份，挪威著名的Kongsberg Simrad 公司首次展出了一項(xiàng)的新產(chǎn) 品一綠色動(dòng)力定位系統(tǒng)(Green DP),將非線性模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)成功地引入到動(dòng)力 定位系統(tǒng)中。Green DP控制器由兩部分組成：環(huán)境補(bǔ)償器和模型預(yù)測(cè)控制器。環(huán)境 補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)是為了提供一個(gè)緩慢變化的推力指令來(lái)補(bǔ)償一般的環(huán)境作用力；模型預(yù)測(cè)控制器是通過(guò)不斷求解一個(gè)精確的船舶非線性動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，用以預(yù)測(cè)船舶的 預(yù)期行為。模型預(yù)測(cè)控制算法的計(jì)算比一般用于動(dòng)力定位傳統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)更加復(fù) 雜且更為耗時(shí)，主要有三個(gè)步驟:1.從非線性船舶模型預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)；2.尋找階躍響應(yīng)曲

4、線;3.求解1最佳推力。控制器結(jié)構(gòu)如圖所示圖1.1Green-DP總體控制圖荷蘭的Marin在20世紀(jì)80年代初期即確定了關(guān)于推進(jìn)器和動(dòng)力定位的研究計(jì)劃，并開(kāi)展了動(dòng)力定位的模型實(shí)驗(yàn)，內(nèi)容包括：？推進(jìn)器和推進(jìn)器之間的相互作用；？ 推進(jìn)器和船體之間的相互作用；？環(huán)境力和船舶的低頻運(yùn)動(dòng)。研究結(jié)果產(chǎn)生了應(yīng)用于 動(dòng)力定位的模擬程序RUNSIM包括模擬實(shí)驗(yàn)的程序DPCON理論模型計(jì)算的程序DPSIM初步進(jìn)行了流力、風(fēng)力、二階波浪漂移力、推進(jìn)器力的計(jì)算，控制系統(tǒng)采用2經(jīng)典的PID控制算法和擴(kuò)展卡爾曼濾波算法，風(fēng)力采用前饋的形式。同 時(shí)，Marin還開(kāi)展了下述工作：動(dòng)力定位系統(tǒng)和系泊系統(tǒng)聯(lián)合使用的情況；擴(kuò)展了

5、動(dòng) 力定位系統(tǒng)在航跡控制方面的應(yīng)用，航跡控制功能現(xiàn)已成為動(dòng)力定位控制系統(tǒng)的基 本要求；動(dòng)力定位設(shè)計(jì)階段的性能評(píng)估、功率需求估算。一般認(rèn)為，Marin在動(dòng)力定位系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究方面已走在世界前沿。挪威在20世紀(jì)90年代做過(guò)動(dòng)力定位方面的實(shí)驗(yàn)，他們將重點(diǎn)放在控制理論和 控制方法上面，在滿足李雅普諾夫大范圍漸進(jìn)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，應(yīng)用現(xiàn)代控制理論的 方法，采取狀態(tài)反饋和輸出反饋兩種形式，設(shè)計(jì)不同的狀態(tài)觀測(cè)器，觀測(cè)速度和干 擾，并以此代替卡爾曼濾波，在比例為 1:70的船模實(shí)驗(yàn)中證實(shí)定位的效果。由于系統(tǒng)模型的不精確性，以及所受環(huán)境力的擾動(dòng)性對(duì)船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)穩(wěn)定 性有很大的影響，因此在解決穩(wěn)定性方面存在優(yōu)勢(shì)的H

6、控制理論和魯棒控制越來(lái)越受？到了人們的關(guān)注。日本的九州（Kyushu）大學(xué)還在1:100的船模實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了控 制結(jié)果的有效性。目前，國(guó)際上應(yīng)用得較為成熟的動(dòng)力定位控制系統(tǒng)一般都采用第二代控制方 法，而基于第三代控制方法（如自適應(yīng)模糊控制、自學(xué)習(xí)模糊控制等）及實(shí)時(shí)測(cè)量和 計(jì)算二階波浪慢漂力以提升更高精度的動(dòng)力定位系統(tǒng)研制是一種趨勢(shì)，世界各國(guó)都 正在加緊研制中。在國(guó)外，有些大學(xué)以船舶運(yùn)動(dòng)為對(duì)象進(jìn)行深入的控制理論研究。如麻省理工學(xué) 院的Triantafyllou 和Hover所研究的船舶運(yùn)動(dòng)控制，加州大學(xué)的 Girard、 Hedrick等研究的協(xié)調(diào)動(dòng)力定位理論和實(shí)驗(yàn)等。由美國(guó)海洋學(xué)會(huì)組織的國(guó)際動(dòng)力

7、定 位年會(huì)，近年來(lái)發(fā)表的文章主要從技術(shù)層面出發(fā)，研究動(dòng)力定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改進(jìn)。2006年，挪威Kongsberg公司的Jens-sen發(fā)表的“基于模型的流估計(jì)”和“基于能量最優(yōu)的推力使用、日本 Akishima發(fā)表的“深海鉆井船CHIKYU的 動(dòng)力定位系系統(tǒng)”、美國(guó)Prasad、Elgamiel發(fā)表的“半潛式平臺(tái)模型實(shí)驗(yàn)”、挪 威Kongsberg公司的Halyard發(fā)表的“綜合控制系統(tǒng)的改進(jìn)方法”，都對(duì)各自動(dòng)力 定位控制系統(tǒng)的研究進(jìn)行了論述。挪威科學(xué)與技術(shù)大學(xué)與挪威的 Kongsberg公司具有密切的聯(lián)系，每年都有博士 生Kongsberg公司的相關(guān)技術(shù)人員給學(xué)生講授動(dòng)力作相關(guān)方面的理論研究

8、| ,每年都邀請(qǐng)定位方面的最新進(jìn)展。2008年，Kongsberg公司的Lokling Oyvind 在“動(dòng)力 定位和導(dǎo)航系統(tǒng)的產(chǎn)品和開(kāi)發(fā)” 一文中提到了動(dòng)力定位系統(tǒng)的要求及未來(lái)的挑戰(zhàn)。 其認(rèn)為未來(lái)的挑戰(zhàn)有：在模型預(yù)測(cè)方面，主要涉及速度、鋪管力、起重力、一些未 知力的干擾預(yù)測(cè)等；在控制系統(tǒng)方面，主要在于危險(xiǎn)作業(yè)要求的高精度六自度定 位，以及能量消耗和推進(jìn)器的損耗，推進(jìn)器方面的推進(jìn)器布置、推進(jìn)器的限制及影 響，推力分配中的推進(jìn)器響應(yīng)時(shí)間、推進(jìn)器組的順序控制等。由于網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，主要以動(dòng)力定位為主的艦橋集成控制系統(tǒng)的研制也是船舶操 縱的發(fā)展趨勢(shì)。2（推進(jìn)系統(tǒng)用于動(dòng)力定位船舶的推進(jìn)系統(tǒng)，除常規(guī)的主推進(jìn)

9、器和舵外，還有舵槳推進(jìn)器、 槽道推進(jìn)器、噴水推進(jìn)器、全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器等。國(guó)外生產(chǎn)動(dòng)力定位全回轉(zhuǎn)推進(jìn)系統(tǒng)的廠家主要有英國(guó)的Rolls-Royce、荷蘭的Wartsila、德國(guó)的Schottel和日本的川崎。其中，Roils-Royce是國(guó)際上最大全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器的生產(chǎn)廠家，全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器的功率從900kWi5000kW可安裝在各種船型上;Wartsila、Schottel和川崎也是全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器的主要生產(chǎn)廠家，電力驅(qū)動(dòng) 可達(dá)7000kW可安裝在各種船型上。3(動(dòng)力系統(tǒng)現(xiàn)代船舶自動(dòng)化程度越來(lái)越高，各類(lèi)達(dá)到24h無(wú)人機(jī)艙要求的船舶基本都采用了船舶電站功率管理系統(tǒng)。船舶電站功率管理系統(tǒng)基本可分為基于主配電板為平臺(tái)

10、 和基于機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)為平臺(tái)兩種模式。以機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)為平臺(tái)的典型代表是Kongsberg公司的DC-C2CS機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)中的功率管理系統(tǒng)。1.1.1 Kongsberg公司動(dòng)力定位技術(shù)的發(fā)展挪威對(duì)于動(dòng)力定位技術(shù)的探索始于1975年Kongsberg Vapenfabrikk (KV) 公司的一個(gè)稱為Dynapos的工程師小組，此小組原屬于國(guó)防部門(mén)，之后很快轉(zhuǎn)到石油部 門(mén)，即隸屬于KV的近海分部。30多年的今天，Kongsberg公司已經(jīng)成為世界最大的動(dòng)力定位系統(tǒng)制造廠商。3Kongsberg動(dòng)力定位系統(tǒng)主要分為以下兩類(lèi)：(1)早年采用KV技術(shù)的Kongsberg500原型系統(tǒng)，即KS500.在2

11、0世紀(jì)70年代 早期，系統(tǒng)計(jì)算機(jī)是由Forsvarets Forskning 和KV研制，是基于晶體管邏輯技 術(shù)的。(2)幾年后出現(xiàn)了基于單片機(jī)系統(tǒng)的單一插件計(jì)算機(jī)(SBC)新技術(shù)，KongsbergSimrad 利用 Intel80186、80286 和 80386 等處理器分別開(kāi)發(fā)了 SBC1000 SBC2000 和SBC3000 BC3003 SBC1000勺原型機(jī)是世界上第一臺(tái)使用 Intel80186 微處理器 的計(jì)算機(jī)。Kongsberg公司在1500個(gè)動(dòng)力定位系統(tǒng)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研制出了Kongsberg K-pos系統(tǒng)，如圖所示。圖1.2 Kongsberg K-Pos 動(dòng)

12、力定位操作站其將動(dòng)力定位系統(tǒng)的魯棒性、靈活性、功能性與操作的簡(jiǎn)易性上升到了一個(gè)新 的水平。Kongsberg K-Pos包括了國(guó)際海事組織所規(guī)定的所有等級(jí)的動(dòng)力定位系 統(tǒng)，以滿足不同的經(jīng)濟(jì)需求和操作需求。為位置參考系統(tǒng)等傳感器提供了廣泛的接 口，使整個(gè)系統(tǒng)具有透明性和交互性。除了擁有種類(lèi)繁多的標(biāo)準(zhǔn)模式和功能， Kongsberg K-pos還有一系列的定制功能來(lái)輔助某些特定的操作。該系統(tǒng)有一個(gè)開(kāi) 發(fā)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，因而具有良好的結(jié)合性。它能夠?qū)崿F(xiàn)船舶位置和航向的高精度保持。在操作中，系統(tǒng)可以容忍推進(jìn)器和 測(cè)量系統(tǒng)的瞬態(tài)誤差。其適應(yīng)性擴(kuò)展卡爾曼濾波器可以估計(jì)船舶的航向、位置和速 度，以及來(lái)自于海流和

13、海浪的干擾。估計(jì)器使用船舶的精確數(shù)學(xué)模型。卡爾曼濾波技術(shù)使用模型預(yù)測(cè)和實(shí)時(shí)測(cè)量，為其提供了良好的濾波質(zhì)量、魯棒性和位置保持特 性。Kongsberg K-pos系統(tǒng)的基本配置如下。（1）SDP11（基本系統(tǒng)）和SDP12集成系統(tǒng)）圖1.3 SDP11（基本系統(tǒng)）示意圖希 SUP 5TC SDP整炯手助 推作系嫁 蜂作第皺MftMt 1*件系統(tǒng)搽計(jì)件蜩辛姆料 情就圖1.4 SDP12（集成系統(tǒng)）示意圖（2）SDP21（基本系統(tǒng)）和SDP22集成系統(tǒng)）圖1.5 SDP21（基本系統(tǒng)）示意圖圖1.6SDP22（集成系統(tǒng)）示意圖（3）SDP31（基本系統(tǒng)）和SDP32集成系統(tǒng)）Afiemj*fU l卜

14、;網(wǎng)r?pr it士濡 用二推安牌電* LT圖1.7 SDP31（基本系統(tǒng)）示意圖%中般佛SVC STC SDP%P箏YUM匕前Vx Vx 1/HU*即 PS：iiPSWO _機(jī)微溫呻川仲世皆然翻翻用中歌瞬睛料卻骼端及期斷觸監(jiān)刺及忖曲Li：件更m也知t0H Pt山罩：&4M 二 見(jiàn)m、出_工：i. MJ3：序2 必? hrfihZIX：開(kāi)刖 一品MW y力*閨K二r管,科、| 3m口.內(nèi)拿Gtr riI.w鑰溫上泡科巾。璃Etw嶗不必，；一此、k 黑產(chǎn)-|梵P Mr,近，肖回+ = jjm：4-0.4 1-i zaF ； n 0 mW f 我依f 1 c，砧*|J ；曲小 SiAMWH:一:。

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16、是“尤勒卡”號(hào)。 1961年，美國(guó) 殼牌石油公司的鉆井船Eureka號(hào)完成下水，很快自動(dòng)控制推進(jìn)器的設(shè)備就進(jìn)行了裝船，它 是由HowardShatto設(shè)計(jì)完成的。這艘船配備了一套最基本類(lèi)型的模擬式控制系 統(tǒng)，并和外部的一個(gè)張緊索參考系統(tǒng)相連。除了主推進(jìn)器外，還在船頭和船尾加裝 了易于操縱的5推進(jìn)器，船長(zhǎng)為40 m,排水量為4.5X10 kg。動(dòng)力定位系統(tǒng)對(duì)船 體的尺寸和形狀并沒(méi)有影響，最顯著的標(biāo)志是它裝有多臺(tái)推力器。在世界上早期的 動(dòng)力定位船舶中，最成功也最出名的是“格洛馬挑戰(zhàn)者”號(hào)。該船幾乎遍游地球的每一個(gè)海洋，收集水深大于600m處的巖心，為地質(zhì)學(xué)上的發(fā)現(xiàn)尤其是為板殼結(jié) 構(gòu)理論提供了大量有

17、利的證據(jù)。第二代動(dòng)力定位船舶中，每艘船舶都有其獨(dú)到之處，但是都采用幾乎相同的傳 感元件和數(shù)字計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，一般都采用計(jì)算機(jī)組成的數(shù)字控制器，而位置傳感 器由單一型發(fā)展成綜合型，在一個(gè)系統(tǒng)中可同時(shí)采用聲學(xué)、張緊索和豎管角三種位 置基準(zhǔn)傳感器。最具有代表性的第二代動(dòng)力定位船舶是“SEDC0445號(hào)，該船于 1971年投入營(yíng)運(yùn)，其動(dòng)力定位系統(tǒng)與早期系統(tǒng)相比，主要特點(diǎn)是采用數(shù)字式控制 器，包括一臺(tái)16位的小型計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)的各個(gè)原件都有冗余，可長(zhǎng)期不間斷的運(yùn) 行，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)要求能連續(xù)作業(yè) 50do “SEDC0445號(hào)也裝有多臺(tái)推力裝置，包 括11只輔助推進(jìn)器和2只主螺旋槳。自80年代初開(kāi)始形成的第

18、三代動(dòng)力定位系統(tǒng)，主要采用當(dāng)時(shí)剛開(kāi)始發(fā)展的微 處理機(jī)技術(shù)和Mutibus、Vme多總線標(biāo)準(zhǔn)等。其中典型的有 Kongsberg公司的 SDP11系歹U, Navis公司的NavDP 4000系列，L3公司的NMS6000K歹限 這些動(dòng)力 定位系統(tǒng)均具有開(kāi)放性的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)船舶位置和航向的高精度保持，廣泛用于 風(fēng)力發(fā)電安裝船、溢油回收船、平臺(tái)供應(yīng)船、鋪管船、輔纜船、挖泥船、打樁船、 半潛運(yùn)輸船、鉆井平臺(tái)、打撈船、起重船、無(wú)限區(qū)化學(xué)品船、LNG等船舶和海洋工程領(lǐng)域。目前最先進(jìn)的 DP可以在2級(jí)流、6級(jí)風(fēng)的海況下實(shí)現(xiàn)0.35 m的位置定 位精度，0.1?的艄向保持精度5和1 m的航跡保持精度。第四

19、代船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)中典型的有美國(guó) NAUTRONl公司的ASK400OC歹1、挪 威的ADP700系列、法國(guó)的DPS90OC列等動(dòng)力定位控制臺(tái)，這些系統(tǒng)均采用高性能 的微處理機(jī)、圖形發(fā)生器、高速數(shù)據(jù)通道作為系統(tǒng)的控制核心，傳感器也從模擬傳 感器逐漸變成數(shù)字傳感器。船舶定位控制是在不斷壯大的石油和天然氣勘探作業(yè)以及艦船作業(yè)需要的背景 下于20世紀(jì)60年代初期產(chǎn)生，目前己經(jīng)迅速發(fā)展為一項(xiàng)高新而成熟的技術(shù)。1980年，具有動(dòng)力定位能力的船舶數(shù)量為 65艘，到1985年增長(zhǎng)到150艘，到2002年 其數(shù)量超過(guò)了 1000艘，目前全世界已有2000多艘具有動(dòng)力定位能力的船舶。動(dòng)力 定位技術(shù)在軍事和海洋工

20、程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)動(dòng)力定位技術(shù)的發(fā)展國(guó)內(nèi)自七十年代末開(kāi)始研究動(dòng)力定位技術(shù)，目前，大多數(shù)研究單位尚處于理論 研究或?qū)嶒?yàn)研究階段。哈爾濱工程大學(xué)的邊信黔教授首先開(kāi)展了船舶動(dòng)力定位這一課題的立項(xiàng)研究，作為領(lǐng)航者，在國(guó)內(nèi)最早提出了要進(jìn)行動(dòng)力定位技術(shù)的研究工 作。(1)其課題組于1996年首次完成了國(guó)內(nèi)第一套裝備實(shí)船的水下動(dòng)力定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)已運(yùn)行在我國(guó)的深潛救生艇上；(2)該課題組于1997年又完成了國(guó)內(nèi)第一套裝備水面船舶的動(dòng)力定位系統(tǒng) ,該 系統(tǒng)己運(yùn)行在某試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)的 row作母船上，這些研究成果使得動(dòng)力定位技術(shù)從理 論研6究走向了實(shí)用。(3)在此之后，作者所在的課題組又結(jié)合深潛救生的需要，于

21、2000年開(kāi)發(fā)完成了水下六自由度動(dòng)力定位技術(shù)，解決了在混濁海水、且有較大海流的條件下，進(jìn)行有傾斜的對(duì)口救生的難題，使我國(guó)水下動(dòng)力定位技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。(4)2001年，該課題組已將動(dòng)力定位技術(shù)推向海洋石油行業(yè)，為勝利油田研制7用于海底管線檢測(cè)和維修裝置的動(dòng)力定位系統(tǒng)，提出基于多處理機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案合理、并行度高、實(shí)時(shí)性好、可靠性高，可以很好地完成復(fù)雜船舶動(dòng)力定 位系統(tǒng)所要8求的實(shí)時(shí)信息采集、數(shù)據(jù)處理、控制計(jì)算、推力分配、能源管理等任務(wù)。(5)2003年，邊信黔教授課題組對(duì)松散耦合的船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)分布式體系結(jié)構(gòu),提出了一種基于改進(jìn)的二值 PMC真型的分布式系統(tǒng)級(jí)故障診斷算法。采用自診 斷與

22、互診斷相結(jié)合的方法，給出了分布式診斷算法、圖論模型、診斷內(nèi)容及算法中 使用的9報(bào)文種類(lèi)、故障向量。(6)2006年，研究了模型預(yù)測(cè)控制在船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)約束控制中的應(yīng)用，建立了 3自由度動(dòng)力定位船舶的數(shù)學(xué)模型，提出了船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮 的10各種約束。(7)2009年，其課題組針對(duì)船舶在海上的定位和作業(yè)受到海洋環(huán)境的擾動(dòng)力影 響，其動(dòng)力定位控制具有很強(qiáng)的非線性特性?；谧钥箶_控制技術(shù)，設(shè)計(jì)了船舶動(dòng) 力定位控制器。該控制器通過(guò)非線性觀測(cè)器估計(jì)出船舶運(yùn)動(dòng)速度和系統(tǒng)的總擾動(dòng)， 并采用非線性反饋進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶的動(dòng)力定位控制I通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了控制器具11有很強(qiáng)的抗干擾能力和魯棒性。(8

23、)之后，其課題組針對(duì)起重船的作業(yè)特點(diǎn)，在起重船動(dòng)力定位控制器的設(shè)計(jì)12中引入了先進(jìn)的模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)，提高了其起重船的作業(yè)效率。9)2011年，針對(duì)傳統(tǒng)同步構(gòu)圖定位(SLAM)專(zhuān)感器具有數(shù)據(jù)量大、處理速度(慢、實(shí)時(shí)性差的不足和基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的同步構(gòu)圖定位(EKF-SLAM具有對(duì)水下無(wú)人航行器(UUV淞置估計(jì)精度低、甚至發(fā)散的缺陷，提出了基于多元測(cè)距聲 吶(MRS)W水下無(wú)人航行器(UUV)結(jié)構(gòu)環(huán)境 SFEKF-SLAM(Suboptimal fading extendedKalman filter-SLAM) 方法，相對(duì)于常用的基于 EKF-SLAM的UUV導(dǎo)航系統(tǒng)具 有13更高的定位精度

24、，能夠構(gòu)建更加精確的港口堤岸地圖。(10)2012年，就移動(dòng)機(jī)器人同步定位與地圖構(gòu)建展開(kāi)研究，針對(duì)FastSLAMB法產(chǎn)生的粒子退化及粒子集重采樣問(wèn)題，提出了基于自適應(yīng)重采樣的FastSLAM算法?；谧赃m應(yīng)重采樣FastSLAM重采樣效率更高，魯棒性更好，在機(jī)器人路徑和 陸標(biāo)位14置的估計(jì)上也具有更高的精度。(11)2012年，針對(duì)移動(dòng)機(jī)器人同步定位與地圖構(gòu)建存在的計(jì)算量大、數(shù)值不穩(wěn) 定等問(wèn)題，結(jié)合容積卡爾曼濾波(cubature Kalman filter , CKF)原理，設(shè)計(jì)了一 種基于平方根 CKF(squareroot cubature Kalman filter , SRCKF)

25、SLAM(法RCKF-SLAM) SRCKF-SLA痹法通過(guò)移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模型和觀測(cè)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)和觀 測(cè)，并以目標(biāo)狀態(tài)均值和協(xié)方差的平方根進(jìn)行迭代更新，確保了協(xié)方差矩陣的對(duì)稱 15性和半正定性，改進(jìn)了數(shù)值精度和穩(wěn)定性。止匕外，上海交通大學(xué)海洋工程實(shí)驗(yàn)室曾開(kāi)發(fā)過(guò)控制系統(tǒng)，并完成了模型試驗(yàn)的 調(diào)試和驗(yàn)證，目前正準(zhǔn)備結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行更加深入的研究，李和貴教授采用模糊 控制對(duì)動(dòng)力定位進(jìn)行了仿真研究。哈工大將模糊控制技術(shù)應(yīng)用到船舶的1T向?qū)?yōu)和 控制器的設(shè)計(jì)中，并對(duì)此進(jìn)行了仿真模擬，結(jié)果良好，但模糊控制技術(shù)在動(dòng)力定位 的實(shí)用中仍需更深的研究。國(guó)內(nèi)動(dòng)力定位系統(tǒng)的應(yīng)用1998年我國(guó)首套動(dòng)力定位系統(tǒng)在哈爾濱工

26、程大學(xué)研制成功 ，但未見(jiàn)產(chǎn)業(yè)化。哈 爾濱工程大學(xué)也自主開(kāi)發(fā)出控制系統(tǒng)，其研制的 DK-1型動(dòng)力定位系統(tǒng)已經(jīng)具備了 在小型船舶上應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)。2009年8月報(bào)導(dǎo)，上海708研究所在此領(lǐng)域成功研發(fā)出有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的我國(guó) 動(dòng)力定位系統(tǒng)，已經(jīng)達(dá)到了 DP3的水平，中海油第一艘海上石油平臺(tái)于2010年下 水。知名的造船企業(yè)，如上海外高橋造船有限公司、廣州江南造船廠等也都投身到 動(dòng)力定位產(chǎn)品的研發(fā)中。2011年4月，有著亞洲動(dòng)力定位第一吊的“威力”號(hào) 3000噸自航起重船正式交付使用，該起重船能夠在錨泊無(wú)法定位的復(fù)雜海域?qū)崿F(xiàn) 良好的定位作業(yè)，填補(bǔ)了我國(guó)大深度水下打撈救援的短缺。2012年5月，國(guó)內(nèi)自主詳細(xì)設(shè)計(jì)和建造的 3000m深水鋪管起重船“海洋石油 201”開(kāi)始在南海作業(yè)，該船的動(dòng)力定位系統(tǒng)采用了當(dāng)前最先進(jìn)的第三代DP-3級(jí)動(dòng)力定位系統(tǒng)，推進(jìn)系統(tǒng)配置了全電力推進(jìn)的7個(gè)推進(jìn)器，其在作業(yè)時(shí)