CN107015485A - 一种基于半潜船的动力定位系统半实物仿真平台及方法 - Google Patents
一种基于半潜船的动力定位系统半实物仿真平台及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107015485A CN107015485A CN201710194347.8A CN201710194347A CN107015485A CN 107015485 A CN107015485 A CN 107015485A CN 201710194347 A CN201710194347 A CN 201710194347A CN 107015485 A CN107015485 A CN 107015485A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- work station
- ship
- semi
- dynamic positioning
- control computer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B17/00—Systems involving the use of models or simulators of said systems
- G05B17/02—Systems involving the use of models or simulators of said systems electric
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
- Processing Or Creating Images (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于半潜船的动力定位系统半实物仿真平台及方法，仿真平台包括DP操作台、网络交换机、仿真工作站、三维可视化工作站和投影机构；DP操作台由控制计算机、操作面板和仿真模块组成；控制计算机、仿真工作站、三维可视化工作站由网络交换机通过以太网连接成一个局域网；DP操作台通过操作面板进行指令控制三维可视化工作站，三维可视化工作站通过视频线连接显示仿真信息的投影机构。本发明是一种具有结构简单、操作灵活、调试方便、性能稳定、仿真效果好等特点的动力定位半实物仿真平台。
Description
技术领域
本发明属于动力定位技术领域，具体涉及一种基于半潜船的动力定位系统半实物仿真平台及方法。
背景技术
海洋蕴藏着人类可以利用的丰富自然资源，随着陆地石油等能源的逐渐枯竭，人类对海洋资源的依赖也快速增加。为了开釆海洋资源，尤其是深海油气，不受水深限制的船舶或海洋平台成为研究的热点。半潜船这种特种海运船舶随即诞生了。半潜船是专门从事运输大型海上石油钻井平台、大型舰船、潜艇、龙门吊、预制桥梁构件等超长超重，但又无法分割吊运的超大型设备。如中国“泰安口轮”半潜船，装货平台就像一个足球场，装卸大型浮货物时可以下潜19米，装载平台没入水深9米，泰安口轮总长156米，型宽32.2米，型深10米，载重量18000吨，可在海上承运重10000吨以上的货物。我国是继荷兰之后第二个掌握半潜船技术的国家，目前半潜船运输属于高技术的寡头垄断行业，其在海洋资源开发、大型设备运输以及国防建设等方面发挥着巨大的作用。半潜船在装货时，通过自身的下潜与上浮，方便大型设备的装载，半潜船也因此得名。在海洋尤其是深海海域中，要精确固位船身位置有一定难度，所以动力定位(DP)就成为了深海开发的关键技术之一，船舶动力定位是指在风浪流等持续扰动下，不借助锚泊系统，利用船舶本身的推进装置使船舶以一定的姿态保持在海面某目标位置或精确地跟踪某一给定轨迹，以完成各种作业任务，它具有控制精度高、灵活性好、成本不会随水深增加而增加的优点。
半潜船动力定位模拟器为操作者提供了“类实船操作”的方式，在研究过程中如何对所设计的动力定位系统的软、硬件进行有效的验证是动力定位系统设计的主要问题，构建和实船一样的仿真系统对于降低实船调试成本和风险，提高模型试验和实船海试效率，缩短系统设计周期，具有积极的作用。
发明内容
为了解决上述技问题，本发明基于系统建模与仿真的校核、验证和验收技术，提供了一种基于半潜船的动力定位系统半实物仿真平台及方法，旨在加速先进控制理论在船舶动力定位系统控制领域中的应用。
本发明的仿真平台所采用的技术方案是：一种基于半潜船的动力定位系统半实物仿真平台，其特征在于：DP(Dynamic Positioning，动力定位系统)操作台、网络交换机、仿真工作站、三维可视化工作站和投影机构；
所述DP操作台包括控制计算机、操作面板和仿真模块；
所述控制计算机、仿真工作站、三维可视化工作站由网络交换机通过以太网连接成一个局域网；
所述DP操作台通过操作面板进行指令控制三维可视化工作站，所述三维可视化工作站通过视频线连接显示仿真信息的投影机构。
本发明的仿真方法所采用的技术方案是：一种基于半潜船的动力定位系统半实物仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：控制计算机通过操作面板设置控制指令，仿真工作站设定海洋环境信息；
步骤2：控制指令和海洋环境信息均送入控制计算机中；
步骤3：控制计算机读取海洋环境信息和控制指令后进行运算，根据推力分配给出各个推进器的控制指令，作用于船舶子模块；
船舶子模块根据当前船舶所受到的合力力矩进行运动，并把当前船舶状态信息送给数学模型子模块；
数学模型子模块把当前船舶状态信息送给控制计算机，控制计算机处理后将船舶状态信息送三维可视化工作站；
步骤4：三维可视化工作站根据船舶状态信息和海洋环境信息进行计算，通过投影机构进行投影仿真。
本发明是一种具有结构简单、操作灵活、调试方便、性能稳定、仿真效果好等特点的动力定位半实物仿真平台。
附图说明
图1为本发明实施例的DP操作台正视图。
图2为本发明实施例的DP操作台侧视图。
图3为本发明实施例的DP操作台的操作面板示意图。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
请见图1和图2，本发明提供的一种基于半潜船的动力定位系统半实物仿真平台，DP(Dynamic Positioning，动力定位系统)操作台、网络交换机、仿真工作站、三维可视化工作站和投影机构；DP操作台包括控制计算机、操作面板和仿真模块；仿真模块由海洋环境子模块、数学模型子模块和船舶子模块组成；
控制计算机、仿真工作站、三维可视化工作站由网络交换机通过以太网连接成一个局域网；DP操作台通过操作面板进行指令控制三维可视化工作站，三维可视化工作站通过视频线连接显示仿真信息的投影机构。
本实施例的仿真工作站采用的是高性能计算机主机。
为了建立和执行一个动力定位指令，操作者通过DP操作台来控制动力定位船舶。DP操作台主要实现动力定位系统的信息显示和人机交互，包括显示界面、操作面板、操纵杆控制模式选择模块以及手动切换开关，其中显示界面包括船舶位置和姿态信息显示、船舶运行状态二维显示以及推进器组态信息。操作人员根据作业任务，通过操作面板实现船舶的操纵，可以进行工作模式设定，控制船舶运动等操作。
在DP操作台上可以对船舶的两个吊舱推进器和两个侧推器进行协调控制，实现对船舶的动力定位操作。根据风、浪、流等不同的外部条件状况，以及船舶位置和艏向等外部参数的变化，实时调整各个吊舱推进器及侧推器的动作，使船舶稳定于期望的GPS位置。
本实施例的投影机构由投影仪和投影幕布构成，投影仪将三维可视化仿真信息投影在投影幕布上。控制计算机输出端口连接显示器，通过动力定位系统控制软件在显示器上显示人机界面。
请见图3，为本发明实施例的DP操作台的操作面板示意图，操作面板上左边依次为DP CTRL(DP接管)按钮、SYSTEM ACTIVE(系统运行)按钮，按下后提示灯亮，表示DP操作台供电成功，可以进行DP控制；DP CTRL下方配置了一个360°电位器，起到航向控制的作用；当本仿真平台有故障时，例如某压力传感器故障，无法监测数据，ALARM(报警)红色指示灯会闪烁，并伴有蜂鸣警报。按下BUZZER STOP(消音)和FLICKER STOP(消闪)按钮可进行消音、消闪；蜂鸣器下方是一个操作模式选择旋钮，可选择DP操作台自动或手动操作模式；右侧为操作杆起动按钮和操作杆，可在手动模式下配合航向旋钮控制船舶的航向和位置。
DP操作台作为船舶及海洋平台模拟器的重要组成部分，可实现的操作功能主要有：DP接管后的自动定位、手动定位、控制权转让、实时显示相关数据、故障报警等。DP操作台依据建立好的船舶运动数学模型，将定位指令通过智能算法分配到推力单元，使船舶完成横向、纵向以及转艏运动，并在显示器上实时提供船舶操纵杆、位置、艏向和航行速度等图形界面。
本发明提供的一种基于半潜船的动力定位系统半实物仿真方法，包括以下步骤：
步骤1：控制计算机通过操作面板设置控制指令，仿真工作站设定海洋环境信息；
步骤2：控制指令和海洋环境信息均送入控制计算机中；
步骤3：控制计算机读取海洋环境信息和控制指令后进行运算，根据推力分配给出各个推进器的控制指令，作用于船舶子模块；其运算过程是，通过模糊算法对位置偏差的处理，得到船舶动力定位所需的广义力，建立推力分配目标，用遗传算法实现推力指令的分配，并用四阶龙格-库塔算法推算船舶的实时位置状态。
本实施例在MATLAB中建立了DP系统的仿真程序，其主函数定义为：function[t,u,v,rdeg,x,y,psideg,V,prop]＝positionfuzzy(x1,Uwind,Uwave,Ucur,Uprop,d,t_final,h,position_command)。
其中，输入参数x1为船舶的初始状态信息，为6维数组，分别为船舶x方向速度、y方向速度、转艏角速度rdeg、x方向位移、y方向位移和艏向角psideg；Uwind为包含风角度和风速的二维数组；Uwave表示浪的方向；Ucur为包含流的角度和流速的二维数组；Uprop为包含推进器的初始转速和方向信息的六维数组，分别为1号推进器的转速、1号推进器的方向、2号推进器的转速、2号推进器的方向、3号推进器的转速和4号推进器的转速；d表示船舶吃水，取7.5m；t_final为仿真时间；h为仿真步长；position_command表示指令位置和艏向。
输出的参数[t,u,v,rdeg,x,y,psideg,V]分别表示仿真时间、船舶x方向速度、y方向速度、转艏角速度、x方向位移、y方向位移、艏向角、合速度和各个推进器的转速和方向。
船舶子模块根据当前船舶所受到的合力力矩进行运动，并把当前船舶状态信息送给数学模型子模块；
数学模型子模块把当前船舶状态信息送给控制计算机，控制计算机处理后将船舶状态信息送三维可视化工作站；
本实施例最后选定工况，运行程序，验证分析了其准确性。
本实施例为操作者提供了“类实船操作”的方式，通过计算机模型与半实物联合仿真，真实模拟了母型船“泰安口”号的动力定位系统，能够完成对操作者专业技能的训练、评估和考核等工作。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (4)
1.一种基于半潜船的动力定位系统半实物仿真平台，其特征在于：DP操作台、网络交换机、仿真工作站、三维可视化工作站和投影机构；
所述DP操作台包括控制计算机、操作面板和仿真模块；
所述控制计算机、仿真工作站、三维可视化工作站由网络交换机通过以太网连接成一个局域网；
所述DP操作台通过操作面板进行指令控制三维可视化工作站，所述三维可视化工作站通过视频线连接显示仿真信息的投影机构。
2.根据权利要求1所述的基于半潜船的动力定位系统半实物仿真平台，其特征在于：所述仿真模块由海洋环境子模块、数学模型子模块和船舶子模块组成。
3.一种基于半潜船的动力定位系统半实物仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：控制计算机通过操作面板设置控制指令，仿真工作站设定海洋环境信息；
步骤2：控制指令和海洋环境信息均送入控制计算机中；
步骤3：控制计算机读取海洋环境信息和控制指令后进行运算，根据推力分配给出各个推进器的控制指令，作用于船舶子模块；
船舶子模块根据当前船舶所受到的合力力矩进行运动，并把当前船舶状态信息送给数学模型子模块；
数学模型子模块把当前船舶状态信息送给控制计算机，控制计算机处理后将船舶状态信息送三维可视化工作站；
步骤4：三维可视化工作站根据船舶状态信息和海洋环境信息进行计算，通过投影机构进行投影仿真。
4.根据权利要求3所述的基于半潜船的动力定位系统半实物仿真方法，其特征在于：步骤3中所述控制计算机读取海洋环境信息和控制指令后进行运算，其运算过程是，通过模糊算法对位置偏差的处理，得到船舶动力定位所需的广义力，建立推力分配目标，用遗传算法实现推力指令的分配，并用四阶龙格-库塔算法推算船舶的实时位置状态。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710194347.8A CN107015485A (zh) | 2017-03-28 | 2017-03-28 | 一种基于半潜船的动力定位系统半实物仿真平台及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710194347.8A CN107015485A (zh) | 2017-03-28 | 2017-03-28 | 一种基于半潜船的动力定位系统半实物仿真平台及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107015485A true CN107015485A (zh) | 2017-08-04 |
Family
ID=59445993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710194347.8A Pending CN107015485A (zh) | 2017-03-28 | 2017-03-28 | 一种基于半潜船的动力定位系统半实物仿真平台及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107015485A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109085756A (zh) * | 2018-08-27 | 2018-12-25 | 西安交通大学 | 一种基于遗传算法优化的水下机器人推力分配方法及系统 |
| CN111352436A (zh) * | 2018-12-24 | 2020-06-30 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种自主式水下机器人远程无线遥控装置 |
| CN112002181A (zh) * | 2020-08-26 | 2020-11-27 | 中国人民解放军海军工程大学 | 一种用于潜艇机动控制仿真的实验平台控制箱 |
| CN112379671A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-02-19 | 四方智能(武汉)控制技术有限公司 | 一种无人船位置的模拟推算方法 |
| CN114755935A (zh) * | 2022-03-17 | 2022-07-15 | 海洋石油工程股份有限公司 | 一种海上重大作业仿真系统 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101963784A (zh) * | 2010-09-07 | 2011-02-02 | 江苏科技大学 | 基于支持向量机和广义预测控制算法的船舶动力定位方法 |
| CN103592853A (zh) * | 2013-11-12 | 2014-02-19 | 中交天津航道局有限公司 | 一种动力定位半实物仿真平台及方法 |
| CN103645642A (zh) * | 2013-11-25 | 2014-03-19 | 大连海联自动控制有限公司 | 一种船舶动力定位的运行仿真平台 |
| CN104360683A (zh) * | 2014-11-24 | 2015-02-18 | 大连海事大学 | 一种船舶运动控制实验系统及其工作方法 |
| CN105241457A (zh) * | 2015-08-10 | 2016-01-13 | 武汉理工大学 | 一种用于船舶驾驶的三维辅助导航系统建立方法 |
-
2017
- 2017-03-28 CN CN201710194347.8A patent/CN107015485A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101963784A (zh) * | 2010-09-07 | 2011-02-02 | 江苏科技大学 | 基于支持向量机和广义预测控制算法的船舶动力定位方法 |
| CN103592853A (zh) * | 2013-11-12 | 2014-02-19 | 中交天津航道局有限公司 | 一种动力定位半实物仿真平台及方法 |
| CN103645642A (zh) * | 2013-11-25 | 2014-03-19 | 大连海联自动控制有限公司 | 一种船舶动力定位的运行仿真平台 |
| CN104360683A (zh) * | 2014-11-24 | 2015-02-18 | 大连海事大学 | 一种船舶运动控制实验系统及其工作方法 |
| CN105241457A (zh) * | 2015-08-10 | 2016-01-13 | 武汉理工大学 | 一种用于船舶驾驶的三维辅助导航系统建立方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 刘媛媛 等: "7500t海上浮吊动力定位系统设计", 《中国工程机械学报》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109085756A (zh) * | 2018-08-27 | 2018-12-25 | 西安交通大学 | 一种基于遗传算法优化的水下机器人推力分配方法及系统 |
| CN109085756B (zh) * | 2018-08-27 | 2020-11-10 | 西安交通大学 | 一种基于遗传算法优化的水下机器人推力分配方法及系统 |
| CN111352436A (zh) * | 2018-12-24 | 2020-06-30 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种自主式水下机器人远程无线遥控装置 |
| CN112002181A (zh) * | 2020-08-26 | 2020-11-27 | 中国人民解放军海军工程大学 | 一种用于潜艇机动控制仿真的实验平台控制箱 |
| CN112379671A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-02-19 | 四方智能(武汉)控制技术有限公司 | 一种无人船位置的模拟推算方法 |
| CN114755935A (zh) * | 2022-03-17 | 2022-07-15 | 海洋石油工程股份有限公司 | 一种海上重大作业仿真系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107015485A (zh) | 一种基于半潜船的动力定位系统半实物仿真平台及方法 | |
| CN104090497B (zh) | 用于海洋工程领域的动力定位系统仿真系统及其工作方法 | |
| CN104483845B (zh) | 一种船舶自动舵算法测试仿真系统 | |
| CN109911110A (zh) | 变稳船 | |
| Wang et al. | Design and implementation of a triple-redundant dynamic positioning control system for deepwater drilling rigs | |
| CN109739108A (zh) | Auv运动控制系统硬件在环测试仿真系统及其工作方法 | |
| CN105955068A (zh) | 一种舰载稳定平台实验系统及其工作方法 | |
| CN103592853B (zh) | 一种动力定位半实物仿真方法 | |
| CN105825738B (zh) | 一种水翼双体船半实物仿真系统 | |
| Yin et al. | The whole ship simulation training platform based on virtual reality | |
| CN207541803U (zh) | 动力定位操控培训系统 | |
| CN114495634B (zh) | 载人模拟器控制及仿真训练装置及训练方法 | |
| Senarathne et al. | MarineSIM: Robot simulation for marine environments | |
| Longo et al. | An advanced training environment for vessels' last mile navigation | |
| US20110123960A1 (en) | System for training an operator of a vessel | |
| DONNARUMMA et al. | Rapid Prototyping for Enhanced Dynamic | |
| Bao et al. | Hardware-in-the-Loop simulation applied to AUV control | |
| CN204925675U (zh) | 一种无人船半物理数学仿真平台 | |
| Wang et al. | Design of a test platform for remote control of inland ships and a mixed virtual-real method | |
| RU2394720C2 (ru) | Способ динамического позиционирования обитаемого подводного аппарата над объектом работ | |
| Martins et al. | Estimating Maneuvering and Seakeeping Characteristics with Neural Networks | |
| Isgro et al. | A Multipurpose Simulation Framework for Ship Design and Operational Assessment | |
| Kilpin | Modelling and design of an autonomous sailboat for ocean observation | |
| Teng | Research on mathematical model and dynamic positioning control algorithm of six degrees of freedom maneuvering in marine ships | |
| Renilson et al. | Manoeuvring and Control |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170804 |