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基本信息
- 項目名稱：
- 拋石船動力定位系統(tǒng)實船應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)突破
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品基于某拋石船實船數(shù)據(jù)，解決了控制系統(tǒng)實船應(yīng)用的核心問題，依此設(shè)計出成套的動力定位系統(tǒng)，成功完成模型實驗的動力定位。 由于海洋環(huán)境的復(fù)雜性，傳統(tǒng)控制方法和仿真都不適用，我們通過大量的試驗修正控制方程，得到適合于動力定位的控制方法，形成計算控制模塊。另一方面，自主設(shè)計了流估算模塊，提高定位效率。 經(jīng)過模型試驗，該動力定位系統(tǒng)定位效果良好，目前在實船調(diào)試。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品基于某拋石船實船數(shù)據(jù)，解決了控制系統(tǒng)實船應(yīng)用的核心問題，依此設(shè)計出成套的動力定位系統(tǒng)，成功完成模型實驗的動力定位，目前在實船調(diào)試。我們主要對控制系統(tǒng)進行了以下改進： 1、計算控制模塊：由于海洋環(huán)境的復(fù)雜性，現(xiàn)有的控制理論和仿真不可直接應(yīng)用，我們首先基于自適應(yīng)模糊控制原理進行拋石船動力定位系統(tǒng)的理論建模，然后根據(jù)大量模型試驗修改控制參數(shù)、調(diào)試程序，最終得到適合該拋石船模型的控制方法，該方法集成到控制系統(tǒng)中稱為計算控制模塊。 2、流估算模塊：由于該拋石船的工作環(huán)境以流載荷為主，流速范圍0-0.2m/s，流向范圍0-180度，我們每隔5度取等距的10個速度點共370個工況進行試驗，記錄每個工況下船到達穩(wěn)定位置的控制參數(shù)，建立推力方案數(shù)據(jù)庫，并嵌入到控制系統(tǒng)中，稱為流估算模塊。實船定位中，利用傳感器測出流速和流向，即可調(diào)用該模塊中的信息。 計算控制模塊實現(xiàn)了動力定位控制系統(tǒng)在實船中的應(yīng)用，流估算模塊則提高了定位控制的效率，基于以上兩個模塊可實現(xiàn)兩種模式的控制方式：大范圍運動調(diào)用流估算模塊，實現(xiàn)粗調(diào)控；小范圍定位調(diào)用計算控制模塊，實現(xiàn)微調(diào)控。 經(jīng)過最終模型試驗證明，基于該改進的控制系統(tǒng)對外界干擾變化敏感度低，穩(wěn)定可靠，在模型動力定位系統(tǒng)中起到了決定性作用，該動力定位系統(tǒng)定位精確、穩(wěn)定。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計發(fā)明目的和基本思路： 拋石船用于電纜、管道和流線等海底巖石安裝的工程應(yīng)用,其工作模式有兩種：定點和低速直線航線，需安裝動力定位系統(tǒng)。本作品的研究對象為某工作于臺灣海峽的拋石船。 但是，由于海洋環(huán)境的復(fù)雜多變性，現(xiàn)有控制理論不能直接應(yīng)用于動力定位系統(tǒng)，目前國內(nèi)尚無自主研發(fā)成功的控制系統(tǒng)。國外所有能生產(chǎn)動力定位系統(tǒng)的公司，由于技術(shù)封鎖，都沒有申請任何相關(guān)專利。如果從國外購買，價格十分昂貴；而且，雖有使用權(quán)，卻無核心技術(shù)。 本團隊依托上海交通大學(xué)海洋工程水池，對控制理論進行實驗修正，成功實現(xiàn)了該拋石船模型的動力定位。另外，我們自主設(shè)計了流估算模塊，從而形成粗調(diào)控和微調(diào)控兩種控制方式，大大減少了定位時間。 本作品對包括軍艦等在內(nèi)的其他船型，以及海洋結(jié)構(gòu)物的動力定位均有很高的參考價值，并有助于打破國外在該領(lǐng)域的技術(shù)封鎖，對我國船舶工業(yè)由“做大”到“做強”極具現(xiàn)實意義。 創(chuàng)新點 1.實驗修正控制方程的參數(shù)，得出適合于該船動力定位的控制方法，稱為計算控制模塊。 2.首次提出設(shè)計流估算模塊 3.以上兩個模塊形成兩種控制方式，大幅提高單獨使用計算控制模塊的效率。 4.鑒于以上改進的動力定位系統(tǒng)在模型試驗中取得了精確的定位效果，正在進行實船調(diào)試，動力定位系統(tǒng)從理論走向?qū)嶋H應(yīng)用，國內(nèi)尚屬首次。 技術(shù)關(guān)鍵： 1、模型采用PSD測量系統(tǒng)，實船采用DGPS 2、螺旋槳設(shè)計、布置 3、實驗修正控制參數(shù) 4、流估算模塊設(shè)計 技術(shù)指標(biāo)： 1、精度 2、效率
科學(xué)性、先進性
- 科學(xué)性： 1、位置測量精度高，保證了定位的精度。 2、風(fēng)浪流計算理論準(zhǔn)確，保證了推力系統(tǒng)設(shè)計的合理性。 3、控制算法的修正和流估算模塊的設(shè)計均基于大量并且有效的實驗數(shù)據(jù)，模型實驗驗證了其正確性。 先進性： 1.實驗修正后的控制算法成功應(yīng)用于拋石船模型，正在實船調(diào)試，實現(xiàn)動力定位理論到實際應(yīng)用的跨越。 2.自主設(shè)計的流估算模塊經(jīng)對比試驗證明大幅提高了定位效率。 3.模型試驗證明該動力定位系統(tǒng)精度高，響應(yīng)迅速，穩(wěn)定性好。 4.該項目的成功對其他船型的動力定位系統(tǒng)研制有極大的參考價值，有助于突破國內(nèi)動力定位核心技術(shù)的壁壘。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 正在進行實船調(diào)試，鑒定結(jié)果有望于2011年8月獲得。
作品所處階段
- 生產(chǎn)階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 面議
作品可展示的形式
- 模型、現(xiàn)場演示、圖片、錄像、樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 技術(shù)特點和優(yōu)勢： 1、完全靠自身產(chǎn)生的推力定位，不需要依靠外部設(shè)備。 2、定位方便快速，機動性高，易于操作。 3、對外環(huán)境改變能作出快速響應(yīng)。 4、多模式控制，提高效率。 適用范圍： 本作品針對拋石船設(shè)計，但其設(shè)計思路可推廣于海洋平臺、FPSO、挖泥船、鋪管船等任何海洋浮式結(jié)構(gòu)物、工程船的定位。 推廣前景及市場分析： 本作品的研究思路有助于國內(nèi)動力定位系統(tǒng)研制技術(shù)的突破。 動力定位系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)錨鏈?zhǔn)较挡聪到y(tǒng)可使用范圍更廣、定位精度更高、操作更簡單易行等優(yōu)點，這些將保證產(chǎn)業(yè)化的實現(xiàn)。 中國海洋工程正處于蓬勃發(fā)展的階段，動力定位系統(tǒng)可以應(yīng)用于水深較深（3000米及以上）的海洋平臺，可以用于各種工程船舶，提升他們的工作效率以及適應(yīng)環(huán)境的能力，具有廣闊的潛在市場。
同類課題研究水平概述
- 荷蘭Marin在80年代初期即確定了關(guān)于推進器和定位的研究計劃，并開展了動力定位的模型試驗;挪威在90年代做過動力定位方面的實驗;格拉斯哥大學(xué)和日本九州大學(xué)對動力定位系統(tǒng)穩(wěn)定性做了研究;美國加州Berkeley的Webster和葡萄牙Porto大學(xué)Sousa合作研究了平臺動力定位系統(tǒng)多個推進器的優(yōu)化配置問題?，F(xiàn)在世界上最大的三家動力定位產(chǎn)品生產(chǎn)公司是Kongsberg Simrad，ALSTOM和NAUTRONIX。 但是由于國外處于專利保護，技術(shù)保密封鎖，國內(nèi)動力定位系統(tǒng)的研究水平相對落后，停留在實驗室階段，沒有任何成型的系統(tǒng)能夠應(yīng)用于實船。 本作品改進了現(xiàn)有控制系統(tǒng)的幾個關(guān)鍵技術(shù)，已經(jīng)有成型的動力定位控制系統(tǒng)，通過模型試驗證明有足夠的定位能力，正在進行實船調(diào)試。本作品在全國動力定位系統(tǒng)研究的領(lǐng)域中無論理論還是實踐都處于領(lǐng)先的地位，有助于打破我國動力定位系統(tǒng)領(lǐng)域研究的壁壘，有很大的參考價值。
