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1、2001年船舶工程第3期潜器母船动力定位自动控制系统哈尔滨工程大学丁福光王宏健施小成边信黔摘要该文介绍了我国第一艘遥控潜器(ROV)母船动力定位自动控制系统组成、工作方式、性能及动力定位试验结果。该系统根据ROV的作业要求实现了工作母船定向航行、动力定位及自动跟踪ROV,可直观、形象地显示工作母船和ROV运动信息,人机界面友好。关键词ROV工作母船自动控制动力定位1引言ROV母船是一条长度为45米,排水量为320.0吨,装有3个推进器(1个主推进器、1个艏侧向推进器和1个艉侧向推进器),艉部装有ROV起吊设备的工作母船。它是通过光缆由ROV水面控制台来控制ROV
2、水下安全有效作业。为了避免ROV水下作业时光缆与母船锚链等发生缠绕,要求图2系统组成方框图此母船具有动力定位功能来保持其船位或跟踪2.2控制系统ROV作业。ROV母船的外观如图1所示。它由主控制台、辅助工作台和副控制台三部分以下介绍潜船母船动力定位自动控制系统的设组成,是整个系统的核心部分。主控制台和辅助工计。作台安装在ROV母船艏部驾驶室内(如图3所示);副控制台安装在ROV母船艉部指控室内。图1ROV母船外观2系统组成图3主控制台和辅助工作台主控制台负责采集测量系统给出的船位、航向、ROV母船动力定位自动控制系统的组成如图纵横摇角和风速风向等信息,经滤波处理
3、后,一方面2所示。它可分为测量系统、控制系统、执行系统和将信息分类后进行综合图形显示。另一方面依据最ROV水面控制台四部分。优控制原理解算出实现动力定位所需的力和力矩,并2.1测量系统解算出主推进器和艏、艉侧向推进器的转向和转速。测量ROV母船当前的运动信息及环境信息。辅助工作台上装有风速风向显示器、DGPS显主要设备有DGPS、电罗经、纵横摇传感器、风传感示器和电罗经数字显示器及打印机等,供操作人员器及转速测量装置等。参考和检查主控制台工作是否正常及打印航行日·40·志。副控制台一是控制ROV母船离靠码头,再就求的纵向力、横向力和力矩,抵抗风、浪、流对船的作是
4、控制ROV吊放。用,实现ROV母船的自动航行、自动定位。2.3执行系统2.4ROV水面控制台执行系统为三台推进器,即75kW主推进器、37kWROV水面控制台通过光缆控制ROV运动。主艏侧向推进器和22kW艉侧向推进器,通过它们所产生控制台通过ROV水面控制台获取ROV相对于工的足够推力和力矩,以满足自动定向、自动定位时所要作母船的方位、下潜深度、距水底高度等信息。图4动力定位控制策略原理图3动力定位控制策略和流的作用,使船保持在设定位置与设定艏向角。ROV母船动力定位自动控制策略原理如图44系统工作方式所示。ROV水下作业时,母船要遭受作业海区风、4.1集中显
5、示波浪和水流力的作用,使船在纵向、横向和艏向三个主控制台操纵面板上集中配置了显示ROV母自由度的运动受到严重的干扰。控制系统在采集到船的航行信息、位置信息,ROV航向、ROV相对母纵向、横向、艏向的实时测量值后,经数字滤波,再与船位置、下潜深度、距水底高度,及三台推进器的使相应设定值作比较,得到纵向误差ΔX、横向误差用情况等信息。显示信息集中、形象和全面。ΔY和艏向误差ΔΦ;这三项误差值分别输入各自的4.2工作方式最优PID控制器作比例、微分、积分运算,输出控制通过主控制台可对ROV母船实施集中操纵、力指令;反馈控制解算出的控制力指令减去各自由定向航行、动力定位
6、、自动跟踪ROV等操纵控制功度风前馈算出的风力和风力矩,得到合成控制力指能。操纵人员能够根据需要选择显示画页以辅助操令,输出至推力分配模块;经推力分配模块计算后所纵。主控制台操纵面板布置如图5所示。得到的力与力矩指令,输出至推进器用以抵抗风、浪图5主控制台操纵面板图·41·4.2.1手动工作方式均风速为6.59米/秒,北向响应曲线如图6所示,北系统设有手动操纵方式。手动操作主控制台操向稳态精度为2.35米。东向响应曲线如图7所示,纵面板上的回旋控制旋钮和位置控制手柄,同样可东向稳态精度为0.89米。实施对潜器母船的运动控制。4.2.2定向航行定向航行时,利用艏、
7、艉2个侧向推进器控制潜器母船的航向,使船自动保持在设定航向上。此时,图6动力定位试验北向响应曲线主控制台操纵面板上的回旋控制旋钮不起作用,位置控制手柄可以操纵工作母船做平面运动。4.2.3动力定位动力定位时,利用三台推进器控制潜器母船在纵向、横向和艏向三个自由度的运动,使船自动保持在设定的位置及航向上。此时,主控制台操纵面板图7动力定位试验东向响应曲线上的回旋控制旋钮和位置控制手柄都不起作用。6结论4.2.4自动跟踪由于潜器母船与ROV之间受光缆牵制,为要我国第一艘带有动力定位自动控制系统ROV扩大ROV作业范围,系统设置了自动跟踪ROV工母船经用户使用后,获用
8、户好评。证实此动力定位作
