【硕士论文】1000米采矿船动力定位的推力系统研究.pdf

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1、武汉理：[大学硕士学位论文摘要随着人类对海洋开发的深入和地域的扩展，船舶动力定位系统(DynamiOPositioningSystem简称DPS)被赋予了重要的使命。船舶动力定位是依靠自身的动力，在控制系统的指挥下抵抗外界的干扰(风、浪和海流等)，使其保持某一位置和艏向、悬停于空间任何一定点位置。它具有不受海水深度影响、定位准确快速、操作方便等特点。船舶动力定位系统由三部分组成：测量系统、控制系统以及推力(执行)系统。本文是针对实际工程项目——1000米采矿船动力定位提出的需求进行的研究，主要方向是1000米采矿船

2、动力定位推力系统的初步设计研究。本文首先从理论研究出发确定了船舶动力定位的数学模型，包括船舶数学模型所采用的两种坐标系，低频运动和高频运动的数学模型及环境因素的数学模型。在数学模型的基础上，建立了船舶动力定位的测量系统，主要内容为位置测量设备、艏向测量设备及一些传感器。然后分析了船舶动力定位执行机构——推力器的特点并进行了初步设计，这是本文的核心部分，本部分从推力器的一般性能、分类和所需最大功率开始，对1000米采矿船动力定位推力器的特点进行了分析，逐步建立起本船动力定位推力器的配置方案，进行了驱动方式的选择和控位

3、能力分析，得到比较合理的推力器配置方案。最后，建立了推力器的驱动模型和对推力分配单元进行了分析研究。驱动模型中包括原动机．推力控制系统及反馈和性能传感器，推力分配单元负责把来自动力定位控制器的合力和合力矩分配到各个推力器上去，本文对此问题做了具体研究并用Matlab工具箱做了仿真，仿真结果满足动力定位要求。本文的工作只是一个比较粗略的框架，因此，在动力定位系统用于实用之前，还需要进行动力定位系统方案论证，在某些方面进行修正和细化。本文也总结了一些经验，对动力定位系统的深入研究提供了可借鉴的参考依据。关键字：船舶，动

4、力定位，测量，推力器，推力分配武汉理二[：大学硕士学位论文第1章绪论1．1本章引言现代工业的迅猛发展，对矿产资源数量及种类的要求与日俱增，70年代以来，世界各国不仅致力于更合理地开发利用传统的陆地矿产资源，并已开始进行海洋矿产资源的开发利用。海洋在地球上所占的面积比陆地大得多，加上海洋的特殊条件，其蕴藏的矿产资源十分丰富。随着科学技术的发展，人们对海洋的认识不断扩大和深化，大规模开发海洋资源己引起一些国家的高度重视。继印度、法国、前苏联和日本之后，最近中国大洋矿产资源研究开发协会也己被联合国有关部门批准为第5个深海

5、采矿先驱投资者。虽然我国已经有了深海采矿权，但并不意味着我们就有能力进行开采，还需要有先进的技术和设备装备起来的船舶或海洋平台的支持。随着人类对海洋开发的深入和地域的扩展，传统的多点锚泊系统已经不能满足深海地域定位作业的要求，船舶动力定位系统(DynamicPositioilingSystem简称DPS)却能够很好地解决这一问题。以往，船舶在海上作业时，如果要求其保持作业地点固定不变，人们通常采用锚泊系统实现定位。但是随着水深的增加，或作业地点水下情况复杂不允许锚泊，锚泊系统就很难完成其保持船位的任务了，动力定位系

6、统就在这种情况下随着科学技术的发展诞生了。传统的抛锚定位是将锚抛出去，沉于海底，利用锚爪抓住海底的淤泥，来抵抗外界对船舶的干扰力。它的优点是，锚是任何船舶都有的定位设备，不需要另外加装定位设备。缺点是，定位不准，而且抛锚、起锚费时费力，机动性能差。最重要的是它还要受到水深的影响，其有效定位范围在水深100米的区域，如图1．1所示111。武汉理工大学硕士学位论文图1．1传统抛锚泊位原理图船舶动力定位是依靠自身的动力，在控制系统的指挥下抵抗外界的干扰，使其保持某一姿态和艏向、悬停于空间任何一定点位置。它具有不受海水深度

7、影响、定位准确快速、操作方便等优点，如图1．2所示。12图1．2动力定位原理图在各类船舶系统中动力定位系统是一个很有特点的系统，它涉及船舶中的多个系统的协调工作，并最终完成保持船舶位置的任务。船舶动力定位系统由三部分组成：测量系统、控制系统以及推力(执行)系统，如图1．3所示(21。图1．3动力定位系统组成武汉理工大学硕+学位论文在船舶动力定位系统中，由传感器测得船舶的位置和艏向值，然后与设定值进行比较预算，将船位及艏向的偏差值输入到控制器，控制器经过运算产生控制指令，经过推力分配策略进行推力分配后，传送给执行机构

8、一一推力器，推力器产生力和力矩来抵抗外界的力和力矩，使船舶保持在要求的船位及艏向上。1．2论文选题的背景及意义本论文为1000米采矿船水面支持项目中的开采技术子项目。其主要开采的是南海洋底蕴藏极其丰富的矿藏资源一一锰结核。锰结核是一种颜色比巧克力豆略深(见图1．4)、潮乎乎的结核状矿物体，它含有30多种金属元素，而阻锰、铜、钴和镍四种金属价值最大。在最富的锰