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中国成功研发DP3船舶动力定位系统 打破国外垄断

时间:2014-10-20  来源:科技日报   发布:高端装备网 
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船舶动力定位系统可保证工程船海上作业稳定可靠
 
  近日,国家高技术船舶科研专项“DP3动力定位系统研制”项目在这里通过工信部验收。这意味着“定船神针”——中国最高级别的DP3船舶动力定位系统的诞生为“共和国第一”再添新丁。
  随着我国海洋事业的发展,深海钻井平台、海底管线和电缆铺设、起重船、海上打捞救生等海上作业,对可靠性要求越来越高,怎样把海洋平台稳定精确地控制在作业点上?国家对于拥有完全自主知识产权的“定船神针”——最高级别船舶动力定位系统DP3的需求日益迫切。DP是动态位置保持系统(Dynamic Positioning System)的简称,根据定位需求与效果的不同,可分为DP1、DP2、DP3三个级别,DP3级是国际海事组织的最高动力定位级别,其精度最准,抗风险能力最强,效果最好。
  这支科研团队来自“海洋装置与控制技术研究所”。1982年,研究所成立时,哈尔滨工程大学自动化学院教授、控制理论与控制工程学科带头人、博士生导师边信黔给它起了个英姿飒爽的名字———北飒,既是“Best Sea Assembly Institude(BSA)”“最好的海洋装备研究所”的英文音译,又有“在北国英姿飒爽”的意译。
“定船神针”精确定位
  动力定位系统的原理是应用计算机对采集来的风、浪、流等环境参数,根据位置参照系统提供的位置自动进行计算,控制各个推力器的推力大小,使船舶保持艏向和船位的“雷打不动”。
  这套复杂的综合控制系统包括控制系统、推进器系统、动力系统、测量系统四大部分。其中,控制系统居于核心地位,相当于整个系统的“大脑”,这也是哈工程大学主攻的对象。
 
“协同创新”合力制胜
  该项目以自主研制DP3级最高级别的动力定位控制系统工程样机为核心目标,在控制系统、推进系统等方面取得重大突破,掌握了该系统的设计、工程样机研制、集成和海上试验技术,开发出具有自主知识产权的DP3控制系统工程样机。这是哈尔滨工程大学作为总体设计、技术主体和系统集成的牵头单位,海洋石油工程股份公司作为海上实船试验的责任单位,中国船舶工业集团第708研究所作为试验船设计单位,武汉船用机械有限公司作为大功率全回转推进器研制单位,中国船级社作为认证机构,组成“国家队”开展研制工作,历时4年协同创新取得的重大成果。
  高端装备的国产化研发,必须组织优势互补的国家队开展协同创新来实现。没有项目成员长期合作基础和联合推动,这个制约我国高端海工装备的瓶颈技术很难突破;没有协同企业的重视和支持,专用试验船舶等研制条件很难到位;没有深海工程与高技术船舶协同创新中心联通创新链条,这项技术将长期处于实验室样机阶段,无法向产业化迈进。
收获多项“零的突破”
  ——国内首套满足国际海事组织对三级动力定位设备配置和功能要求的DP3控制系统工程样机,获中国船级社颁发的“船用产品证书”和系泊、航行及故障模式与影响分析试验的“检验证明”,在国内实现了零的突破,填补了国内空白。
  ——在国内首次提出三级动力定位冗余功能所需的同步表决、仲裁逻辑、无缝切换等方法,研制出DP3系统的仲裁单元和冗余控制器,实船故障模式与影响分析试验证明了系统出现故障时,可实现三冗余、双冗余、单模之间的自动切换,可满足海洋工程作业极高可靠性要求。
  ——在国内首次提出多传感器时空信息融合算法,基于状态自适应估计器的非线性模型预测动力定位控制算法,基于监督和切换的推力分配优化算法,开发了相应的实船应用软件。实船试验证明,该DP3系统实现了高精度和高可靠定位功能。
  此外,该系统还提出了基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的最优状态估计方法、设计制造调距型大功率全回转舵桨、DP3级动力定位系统实船区域控位技术、陆基模拟船舶海上六自由度运动特性的DP3系统调试新方法、大功率高精度等高锥齿轮传动机构的国产化设计与研制、大型全回转舵桨装置水下维护与健康状态实时监测等十余项填补国内空白的关键技术和方法。
  据资料估算,我国每年潜在的动力定位系统船达几十艘,市场潜力巨大。此前,国内工程作业船舶仅DP1级动力定位系统可以实现国产化,DP2、DP3级动力定位系统产品则主要被国外品牌所垄断。专家认为,DP3船舶动力定位系统是我国走向深海不可或缺的核心关键装备,为我国在该领域的国产化和产业化打下了坚实的技术基础,也将为我国海洋工程向深海进军提供坚实的技术保障。
 
 

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