船舶動力系統(tǒng)的定位控制技術探討

張榮偉

【摘 要】船舶動力系統(tǒng)的運行速度與外部環(huán)境、控制工藝等有關系，對動力系統(tǒng)進行定位考慮的環(huán)節(jié)，作業(yè)人員研究動態(tài)面控制工藝、實時檢測等技術運用要領，根據(jù)輸出反饋規(guī)律，將動態(tài)面控制工藝引入至系統(tǒng)動力定位中，便于實時掌握船舶位置。借助系統(tǒng)自身對風浪的抵御能力，利用動力定位技術在海面長時間保持精確穩(wěn)定軌跡，目前船舶定位技術在海底管道鋪設和海上救援等工作中得到廣泛運用。

【關鍵詞】船舶；動力系統(tǒng)；定位控制

一、船舶動力系統(tǒng)的介紹

為克服船舶運行中的技術限制，根據(jù)船舶動力系統(tǒng)自身的運行特點，采取一種抗干擾、抗風浪等的綜合措施，借助穩(wěn)定的動力系統(tǒng)讓船舶在航行中保持路線穩(wěn)定。動力系統(tǒng)定位系統(tǒng)具有精度高、速度快、實用性強、可靠性高等優(yōu)勢，這有助于海洋開發(fā)。當前船舶動力定位系統(tǒng)是由測量、控制、推力裝置等部分構成，可實現(xiàn)有效的動力控制及推力功能，控制器在系統(tǒng)定位中具有不可忽視的作用。

二、動力系統(tǒng)及定位技術運用

反饋系統(tǒng)設計：為促進定位系統(tǒng)內(nèi)信息的快速反饋，船舶航行工作人員及時考慮海上環(huán)境對定位系統(tǒng)運行的影響，借助觀測器來實現(xiàn)傳播動態(tài)信息控制，依據(jù)定位反饋系統(tǒng)規(guī)律，及時設置船舶位置期望值，進行設想，以此快速了解船舶位置最大誤差。采用動態(tài)控制的思想，注重對控制指標的分析，掌握濾波器工作狀態(tài)，有效簡化反饋系統(tǒng)控制流程，考慮船舶系統(tǒng)的輸出量，利用高性能的觀測器測量某一船舶的運行速度，在設定時間的情況下，科學估測其運行速度。

參數(shù)優(yōu)化：動力系統(tǒng)是整個船舶安全運行的關鍵，為有效抵御外界環(huán)境干擾，及時構建由測量裝置、推進器裝置、控制系統(tǒng)構成的新型動力系統(tǒng)。下圖所示為某船舶動力控制裝置框架。

模糊控制：運用模糊控制理論指導動力系統(tǒng)設計，了解系統(tǒng)輸出量、控制性能等各個信息，借助外載負荷建立動力系統(tǒng)穩(wěn)定系統(tǒng)，強化參數(shù)設計，使用傳感器快速獲取相應的風向信號，明確外載荷載的前提下，科學估測外載荷載對船舶整個動力裝置產(chǎn)生的影響。降低估測的船舶位置與船舶實際位置的誤差，及時消除位置誤差，將位置信息及時輸入至推進器，提高系統(tǒng)信息反饋能力。消除實際值與預估差值，利用推進器掌握風速、風向、推進力等具體信息，增強系統(tǒng)對海上風浪的抵抗能力，根據(jù)反饋條件確定反饋信息運行方式，當船舶還未到達之前，工作人員采用傳感器掌握海上干擾信號，從而有效減小了反饋系統(tǒng)的工作量，便于全面掌握動力系統(tǒng)控制技術。

仿真設計：在網(wǎng)絡系統(tǒng)下進行仿真設計，針對當前船舶模糊控制系統(tǒng)運行現(xiàn)狀，及時考慮仿真實驗的必要性，調(diào)整控制系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)，安裝模型船舶，及時安設遠程控制裝置，便于驗證模糊控制的效果。首先創(chuàng)造仿真環(huán)境，利用仿真軟件創(chuàng)造一個虛擬化的環(huán)境，在這個環(huán)境中可進行數(shù)值分析，系統(tǒng)提供有多種輸入及輸出方式，為系統(tǒng)仿真處理提供有利條件，便于實時輸出數(shù)據(jù)，同時還為用戶提供具有多項功能的工具箱，采用控制理論展開仿真實驗。設計仿真模塊的環(huán)節(jié)，以定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息為主要研究對象，將模糊理論與仿真控制理論相結合，使其發(fā)揮出統(tǒng)一處理數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，利用智能控制分支，有效模擬人類的思維方式，其控制方式具有明顯的主觀性。計算機模擬人類的思維對動力系統(tǒng)進行信息決策，能夠對復雜的海量數(shù)據(jù)進行實時整合與分析，仿真實驗中及時引入模糊控制理論，將常規(guī)控制器作為基礎控制器，將船舶位置誤差及系統(tǒng)誤差快速輸入至計算機系統(tǒng)中，利用計算機強大的邏輯分析能力實時輸出相應信息。分段控制仿真：采用分段控制的主要原因是，可提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析的完整性，利用網(wǎng)絡系統(tǒng)將船舶位置誤差進行分段，對不同時段的船舶速度進行分段控制，設定運行速度，當船舶速度一定時，其位置誤差很小，能夠保持較小的速度運動。

三、定位技術運用關鍵

遠程控制：以整個動力系統(tǒng)為核心，注重船舶信息的實時采集和掌控，利用網(wǎng)絡系統(tǒng)實現(xiàn)船舶信息共享，采用科學方式提升系統(tǒng)運作功能，促進系統(tǒng)功能的再次改進。保證信息傳遞的精準性，采用嵌入式系統(tǒng)提升船舶整個控制裝置的可靠性，比如下圖為遠程控制系統(tǒng)構建。

利用遠程控制裝置促進船舶控制信息與網(wǎng)絡系統(tǒng)信息的有效互動，以及檢測中得知的船舶運行速度及運行狀態(tài)，提升推力，比如操控臺主要控制的是模式選擇、巡航速度、坐標定位等內(nèi)容，利用遠程控制裝置將狀態(tài)信息輸入并保存至緩沖區(qū)，便于操控臺快速顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)。根據(jù)水動力、風量、浪、水流速等調(diào)整參數(shù)，對推進器布置、運行等控制任務進行有效分配，避免系統(tǒng)控制誤差，提高推進器的推進動力，快速獲取測量信號，經(jīng)過傳感過程將測量信號進行濾波處理便于以信息形式輸出，更重要的是，降低了高頻信號對船舶運行速度的影響。

動態(tài)定位：非線性控制技術在船舶航行過程控制中得到非常廣泛的運用，其技術運用的關鍵是非線性分析，為船舶控制系統(tǒng)設計一個非線性檢測裝置，以提升非線性控制的抗干擾能力為主，在動態(tài)控制系統(tǒng)中引入自抗干擾控制器，以便實時掌握船舶的航行速度、方向、風浪等問題。運用自適應技術對船舶狀態(tài)進行有效監(jiān)控，避免風速控制的不穩(wěn)定性，控制器穩(wěn)定是船舶安全航行的關鍵，采用自適應數(shù)學模型設定船舶速度、方向等的期望值，根據(jù)智能控制的非線性特點，在動態(tài)檢測裝置構建中滲透模糊控制理論，便于控制目標能夠很好的適應模糊控制的環(huán)境。動態(tài)控制的關鍵：為全面掌握船舶定位系統(tǒng)及主要控制力，要合理設置船舶行駛速度的期望值，有效調(diào)整船舶動力定位，了解船舶搖動偏差，在進行仿真技術的基礎上，提升整個系統(tǒng)運作的有效性。借助神經(jīng)網(wǎng)絡分析船舶動態(tài)控制的創(chuàng)新工藝，合理設計動力定位控制，加大對非線性控制理論的研究，將網(wǎng)絡系統(tǒng)與反饋控制系統(tǒng)相融合，便于及時發(fā)現(xiàn)船舶位置檢測中的問題，盡量將運行速度、方向等的誤差控制在最小范圍內(nèi)。

四、結束語

綜上所述：本文以船舶控制為探討對象，首先介紹船舶動力系統(tǒng)，然后介紹動力系統(tǒng)及定位技術運用，這部分作為重點部位，最后介紹定位技術運用關鍵。為實現(xiàn)對船舶運行過程的有效監(jiān)控，需加強對遠程控制、動態(tài)定位控制等技術的研究，全面掌握船舶動力系統(tǒng)運行技術，利用遠程控制裝置促進船舶控制信息與網(wǎng)絡系統(tǒng)信息的有效互動，動態(tài)控制系統(tǒng)中引入自抗干擾控制器，便于掌握動態(tài)控制的關鍵技術。

【參考文獻】

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