1动力定位系统简介
船舶动力定位系统（DP）是可自动控制船舶自身位置或实现航迹跟踪的系统，此系统可利用船舶装备的各种传感器测量出船舶运动状态信息，通过计算机已经编好的控制系统进行复杂的推力计算，再由推力分配系统合理地将推力分配给自身推进器来抵抗风、浪、流等外界环境扰动的影响，使DP船舶保持在海面上某设定的位置及船舶艏向。目前很多海工类船舶、深水半潜式移动钻井平台、海洋科学调査船、豪华油轮、特种船等均装有DP系统。
船舶动力定位系统，从整体控制角度来说，其主要由控制系统、测量系统、动力系统和推进系统四个部分综合作用而成。如果把完整的动力定位系统形象地比喻成人体，那么控制系统就相当于人体的大脑与神经系统，决定了整个动力定位系统对外界环境的反应以及将要做出的各个动作。其通过接收测量系统采集的信号，然后进行分析，发出对推力器的指令，从而实时控制着推力器即将输出的力及力矩的大小和方向。
测量系统可以类比成人类的耳朵及眼睛，海上作业时其可以准确及时地检测出船舶实际位置和艏向、周围海洋环境载荷等相关信息，提供给控制系统。测量系统由位置参考系统、传感器等部分组成。而位置参考系统一般包括全球定位系统（GPS/DGPS）、水声定位系统（HiPAP），目前几乎所有DP船舶或平台都装备二者，一般还包括无线电系统、激光定位系统等；传感器一般使用电罗经及磁罗经、风速风向仪、运动传感器（MRU）以及海浪、海流传感器等。
2动力定位系统的关键技术
传统的锚泊设备随着水深的增加凸显了安装费用猛增、定位精度差等缺点。船舶动力定位系统不受工作海域水深限制、安装撤离迅速、定位精度高；各国的科研机构和高校纷纷加大了对船舶动力定位系统的研究投入。
2.1 动力定位系统的控制策略
船舶在海上的动力学特性很难用精确的数学模型加以描述，而风、浪、流等外部随机干扰的统计特性也随着不同的海况而发生很大的变化，且难以预知。如何对动力定位系统进行控制是动力定位系统需要解决的关键问题之一。应用于海上作业船舶和海洋平台动力定位系统，要求能快速响应外界环境因素的影响，使船舶保持在预期的位置、艏向范围内或沿预期的航迹行驶，并且在确保动力定位系统安全可靠工作前提下使推进系统能耗最小。在此要求下，制定动力定位系统的控制策略时主要考虑功率消耗、推力器负载、操作区约束和冗余度等约束条件。动力定位系统的控制是精度、功耗、负载、冗余度和响应速度等多约束情况下的优化控制问题。
2.2 动力定位系统的推力分配技术
为了满足系统的操作性和安全性，动力定位功能船舶一般装有比常规船舶更多数量和种类的推力器，而动力定位系统一般只在纵荡、横荡和艏摇三个自由度上施加控制力，将3个自由度上的控制力分配到多个推力器时，使得控制输入的维数要多于系统所要求控制的自由度，因此，整个动力分配系统形成了一个冗余系统。推力分配所要解决的问题就是如何在要求的响应时间内迅速找到一个最优的控制输入组合以满足期望的控制力和力矩，抵抗外界干扰的影响，保证系统的控制精度。通常将推进器系统燃油的最小消耗作为优化问题的目标，同时综合考虑系统响应速度、控制精度、主机功率等约束，因此推力分配成为解决多约束条件下的最优化问题。
2.3 动力定位系统的信息融合技术
为降低传感器测量误差带来的影响，需要对传感器数据进行处理，通常采用滤波器滤掉传感器信息中的高频部分，以避免推进器因响应一阶波浪力而造成过多磨损，因此动力定位系统的推进器系统只响应船舶的低频运动，同时消除传感器自身的噪声也是滤波器的另一项任务。除了滤波的功能外，滤波器还应具备状态估计的功能，当系统只能获得位置信息时，滤波器能根据当前提供的位置信息估计出速度、加速度信息，特别当系统因为位置参考系统失效而进入船位推算时，控制器在一定时间内可根据状态估计器预测推算出的信息继续解算推力指令。
3 DP在海洋工程船舶上的应用
装备有DP的工程船能够精确完成各种靠人工操作无法胜任的复杂的水面和水下作业，在保证安全性的前提下，极大地减轻操作员的劳动强度。
3.1潜水和ROV支持作业
许多DP船是专门设计为潜水支持(DP DSVs)。有些多用途船舶也包含潜水支持功能。潜水员所进行的工作种类是难以计数的：进行检查或调查工作，水下设备的安装和配置，监测作业，回收丢失或遗弃的设备。但现在越来越多的潜水员工作由ROV（遥控无人潜水器）执行，但仍有很多复杂任务，还需要有潜水员参与其中。目前饱和潜水水深限制在约300米以内，更深的水域，必须由ROV或由深潜装置来进行。ROV或无人潜水器正越来越复杂，功能也变得越来越强大，可以使用各种不同的工具。
3.2海底拖拽和挖沟
海底拖拉机或挖沟机可被用来铺埋电缆和管线。这些机械由船只进行拖拽，操作者在船上进行操作。这些机械通常移动缓慢，依海床土壤性质其移动速度而有差异。在一些情况下，ROV可以独立部署，用来记录工作进展和状态。用于管道埋设的水下挖沟机体积和重量都很大。挖沟机骑在海底管道上方，DP控制系统可以设置成以挖沟机沿管道前进(Auto track)，母船还能以其为转船中心点作有限旋转的工作模式。
3.3 DP钻(修)井作业
钻井操作时，让平台在井口上方，使井口到平台之间的立管尽量保持垂直显得格外重要，其角度会受到张力，水流和平台位置等因素的影响。有些钻井船DP系统有一种叫“立管角度”的模式，上升竖管的角度会被一直监控并传输到DP系统，如果超过预设的角度，DP系统就会控制各推进器起作用来减小这一角度。对于钻井作业来说，失位导致的潜在危险很可能是灾难性的。所以很多钻井平台采用了高冗余等级的设计建造，如1／3甚至1／4冗余，即发生严重的单一故障后，平台最多损失约1／3或者1／4的定位能力，而普通的DP3船舶会损失约一半的定位能力。深水油气发展使DP成为唯一的选择，因为系泊设备能使用的水深有限。装有DP系统的钻井平台和船舶使更深的水域开发成为可能，如由上海外高桥船厂承建的“海洋石油981”设计钻进水深已达至U3000米。
4结语
随着深海技术的不断发展，动力定位系统在海洋工程上得到广泛应用。动力定位系统通过其控制系统驱动船舶推进器来抵消风、浪、流等作用于船上的环境外力, 从而使船舶保持在确定的位置上或沿预期的航迹航行。DP 广泛用于海上作业船舶和海上平台的定点系泊，具有定位精度高、灵活性好、机动性强、适用于多种海况作业等诸多优点，现已受到广泛的关注。
参考文献
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[3]高孝日,于家根,李伟峰.船舶动力定位系统操作的课程体系构建[J].航海教育研究,2016,33(01):55-58.
姓名：蒋才平，性别：男，出生年月：1972.01，民族：汉，籍贯：江苏泰兴，学历：本科，职称：副高级工程师，研究方向：船舶与海洋工程
