劉正鋒，孫 強(qiáng)，劉長(zhǎng)德

（中國(guó)船舶科學(xué)研究中心，江蘇 無(wú)錫 214082）

動(dòng)力定位系統(tǒng)推力能力曲線計(jì)算分析

劉正鋒，孫 強(qiáng)，劉長(zhǎng)德

（中國(guó)船舶科學(xué)研究中心，江蘇 無(wú)錫 214082）

推力能力曲線與傳統(tǒng)的動(dòng)力定位能力評(píng)估結(jié)果不同，它顯示著動(dòng)力定位作業(yè)控制時(shí)推進(jìn)系統(tǒng)的推力可執(zhí)行域。文章通過(guò)對(duì)動(dòng)力定位系統(tǒng)僅在力矩平衡約束下的最大推力進(jìn)行求解，計(jì)算了推力能力曲線，并結(jié)合相關(guān)算例對(duì)推力能力曲線的應(yīng)用進(jìn)行了分析研究。研究結(jié)果表明推力能力圖線盡管對(duì)于環(huán)境載荷的估算依賴(lài)很小，但對(duì)動(dòng)力定位能力仍有著很好的反映。而且在動(dòng)力定位作業(yè)控制時(shí)，它不但能反映動(dòng)力定位系統(tǒng)當(dāng)前的工作狀態(tài)，同時(shí)對(duì)可能出現(xiàn)的一些臨界狀態(tài)做出預(yù)判，給動(dòng)力定位系統(tǒng)操控人員提供很好的指導(dǎo)建議。

動(dòng)力定位；推力能力；推力分配；定位能力

0 引 言

隨著海洋工程裝備發(fā)展的不斷進(jìn)步，動(dòng)力定位技術(shù)也得到了愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。動(dòng)力定位能力評(píng)估是動(dòng)力定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造必不可少的環(huán)節(jié)，它的核心是在滿(mǎn)足推進(jìn)器性能約束條件下力以及力矩平衡時(shí)的極限海況估計(jì)，即推進(jìn)系統(tǒng)抵抗著外界環(huán)境干擾并保持系統(tǒng)平衡，推進(jìn)器上的推力根據(jù)外界環(huán)境載荷進(jìn)行優(yōu)化分配[1-4]。然而，在動(dòng)力定位系統(tǒng)調(diào)試或者工作時(shí)，實(shí)際海況往往達(dá)不到能力評(píng)估所給出的極限，并且風(fēng)、浪和流未必同向，因此傳統(tǒng)的動(dòng)力定位能力評(píng)估結(jié)果并不能很好地顯示當(dāng)前海況與動(dòng)力定位系統(tǒng)的實(shí)際控位能力的差異。另外，當(dāng)海況條件較為復(fù)雜，甚至接近動(dòng)力定位系統(tǒng)的極限能力時(shí)，如何更好地指導(dǎo)操作人員進(jìn)行控制操作也是值得關(guān)注的問(wèn)題[5-6]。更值得注意的是，動(dòng)力定位系統(tǒng)在定位作業(yè)控制時(shí)，推進(jìn)系統(tǒng)的推力是根據(jù)控制系統(tǒng)發(fā)出的指令來(lái)進(jìn)行優(yōu)化分配的，不再僅僅是抵抗外界環(huán)境的干擾，這與傳統(tǒng)的動(dòng)力定位能力評(píng)估不同。如果控制系統(tǒng)給出的指令超出了當(dāng)前推進(jìn)系統(tǒng)的執(zhí)行能力，那么動(dòng)力定位系統(tǒng)將有可能處于一個(gè)比較危險(xiǎn)的臨界狀態(tài)。此時(shí)，該如何進(jìn)行優(yōu)化推力分配來(lái)確保船舶處于安全可控狀態(tài)就相當(dāng)重要。

由于動(dòng)力定位系統(tǒng)大多配置有多個(gè)推進(jìn)器，因此，推進(jìn)系統(tǒng)在動(dòng)力定位作業(yè)海況條件下通常是有著一定推力余量的，較準(zhǔn)確地得到這個(gè)推力余量將會(huì)對(duì)了解系統(tǒng)定位能力、指導(dǎo)動(dòng)力定位作業(yè)同樣有著重要的意義。國(guó)外著名DP供應(yīng)商Kongsberg在動(dòng)力定位操作人機(jī)界面上對(duì)當(dāng)前船舶的推進(jìn)器狀態(tài)、海況等都有著實(shí)時(shí)的顯示，但是沒(méi)有反映出當(dāng)前系統(tǒng)的推力能力與控制指令之間的差異。國(guó)內(nèi)很多科研院校也開(kāi)展了大量關(guān)于動(dòng)力定位技術(shù)的研究工作，尤其在控制算法與優(yōu)化推力分配策略方面取得了很多有意義的成果[7-10]，但基本未涉及動(dòng)力定位控制系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中推力能力圖線的計(jì)算與應(yīng)用分析研究。

在前期工作的基礎(chǔ)上，本文主要對(duì)動(dòng)力定位系統(tǒng)的推力能力圖線進(jìn)行分析研究，并舉例討論其對(duì)于動(dòng)力定位操作控制的意義，為動(dòng)力定位技術(shù)的深入研究提供參考。

1 推力能力曲線分析

1.1 動(dòng)力定位能力評(píng)估簡(jiǎn)介

船舶在動(dòng)力定位作業(yè)時(shí)會(huì)受到風(fēng)、浪、流以及作業(yè)載荷的影響，推進(jìn)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)控制分配系統(tǒng)的指令發(fā)出相應(yīng)的推力來(lái)抵抗。不同的規(guī)范指導(dǎo)文件對(duì)動(dòng)力定位能力評(píng)估的最終目的要求并不相同[1-3]。API要求從理論上分析船舶在給定海況條件下的定位效果[1]，即評(píng)估在給定作業(yè)海況條件下推進(jìn)器的工作情況，計(jì)算結(jié)果如圖1所示；而IMCA要求則略有不同，它主要是獲得船舶能動(dòng)力定位工作的極限海況，即風(fēng)速玫瑰圖[2]，其計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

圖1 API能力評(píng)估圖例Fig.1 API DP capability plot

圖2 IMCA能力評(píng)估圖例Fig.2 IMCA DP capability plot

在以上兩種規(guī)范所提供的算法解算過(guò)程中，推進(jìn)器所能產(chǎn)生的力（力矩）與外界環(huán)境載荷（力和力矩）是相互平衡的，因此都必須首先確定船舶在風(fēng)、浪、流外界環(huán)境條件下所受的載荷，然后結(jié)合船舶推進(jìn)器布局以及推進(jìn)器性能約束來(lái)得到相應(yīng)的控位能力曲線，詳細(xì)的計(jì)算方法此處不再贅述，可以參考相關(guān)文獻(xiàn)等[3，7]。

1.2 問(wèn)題描述

如前所述，傳統(tǒng)的動(dòng)力定位能力評(píng)估以外界環(huán)境載荷（或者說(shuō)風(fēng)、浪、流等環(huán)境載荷系數(shù)）的估計(jì)為前提，推進(jìn)系統(tǒng)執(zhí)行的就是抵抗外界環(huán)境載荷的指令；而在動(dòng)力定位操作控制時(shí)，推進(jìn)系統(tǒng)執(zhí)行的是由優(yōu)化控制分配系統(tǒng)所發(fā)出的指令，兩者并不相同。因此，能否準(zhǔn)確地反映推進(jìn)系統(tǒng)的能力與優(yōu)化控制分配系統(tǒng)指令之間的差異將對(duì)動(dòng)力定位操作控制有著更重要的意義。此外，當(dāng)外界環(huán)境載荷無(wú)法準(zhǔn)確估計(jì)時(shí)，能否僅依賴(lài)推進(jìn)系統(tǒng)的配置及相關(guān)參數(shù)來(lái)估計(jì)船舶的定位能力也是值得關(guān)注的問(wèn)題。

當(dāng)動(dòng)力定位船舶建造完成后，推進(jìn)器的布局位置確定，其廣義的推力分配關(guān)系就是確定的，推進(jìn)系統(tǒng)所能產(chǎn)生的合力 （XT，YT）與合力矩MT也是確定的，可用下式表示：

（2）式表示推進(jìn)器的性能約束。此時(shí)，推進(jìn)系統(tǒng)所能產(chǎn)生的最大合力矩MT，max將可以求得。如果優(yōu)化控制分配系統(tǒng)中發(fā)出的合力矩指令MC超出了推進(jìn)系統(tǒng)所能提供的最大力矩MT，則動(dòng)力定位系統(tǒng)處于一個(gè)危險(xiǎn)的狀態(tài)，動(dòng)力定位系統(tǒng)操控人員需進(jìn)行人為的干預(yù)來(lái)進(jìn)行船舶定位的實(shí)現(xiàn)；而當(dāng)合力矩指令MC在推進(jìn)系統(tǒng)能產(chǎn)生的最大力矩范圍MT內(nèi)，則需考慮優(yōu)化控制分配系統(tǒng)所發(fā)出的推力合力指令TC與推進(jìn)系統(tǒng)所能產(chǎn)生的最大推力TT的差異。若TC在TT的可執(zhí)行域范圍內(nèi)，則動(dòng)力定位系統(tǒng)當(dāng)前工作狀態(tài)是正常的；若TC超出了推力合力TT的可執(zhí)行域范圍，則動(dòng)力定位系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)也是比較危險(xiǎn)的。根據(jù)限定，此時(shí)推進(jìn)系統(tǒng)最多只能發(fā)出可執(zhí)行域邊界值的最大力，同時(shí)也需要引起動(dòng)力定位系統(tǒng)操作人員的注意進(jìn)行控制策略的優(yōu)化或者人為操作輔助定位。上述分析步驟如下：

（1）根據(jù)動(dòng)力定位船舶推進(jìn)器的性能及位置布局，對(duì)合推力矩的最大值MT進(jìn)行計(jì)算；

（2）若控制系統(tǒng)推力矩指令MC大于合推力矩最大值MT，max，人為干預(yù)進(jìn)行調(diào)整船舶姿態(tài)；若MC小于MT，則令MT=MC作為約束條件，計(jì)算推進(jìn)系統(tǒng)推力TT的可執(zhí)行域；

（3）若控制系統(tǒng)推力指令TC超出TT的可執(zhí)行域范圍，那么推進(jìn)系統(tǒng)發(fā)出的推力合力只能達(dá)到TT的可執(zhí)行域范圍的邊界，并發(fā)出警示，提醒操作控制人員。

圖3所示為推進(jìn)系統(tǒng)性質(zhì)分析流程。

圖3 推進(jìn)系統(tǒng)性能簡(jiǎn)化分析流程Fig.3 Thruster system performance analysis flow chart

2 數(shù)學(xué)模型與計(jì)算方法

2.1 數(shù)學(xué)模型

如何計(jì)算動(dòng)力定位系統(tǒng)的推力能力曲線是一個(gè)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題，即控制系統(tǒng)推力矩指令MC小于推力矩最大值MT，max時(shí)的推進(jìn)系統(tǒng)推力可執(zhí)行域。根據(jù)前面的分析，要計(jì)算此時(shí)的推力可執(zhí)行域，數(shù)學(xué)上只需要求解滿(mǎn)足力矩平衡條件MT=MC的最大推力值TT，max。由于動(dòng)力定位船舶推進(jìn)器配置的冗余，其推力組合TT有著不同的方向，因此，需要對(duì)全周向（0°～360°）的最大值TT，max分別進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于給定的方向α，推進(jìn)系統(tǒng)的所能產(chǎn)生的合力 （XT，YT）還需要滿(mǎn)足如下內(nèi)在條件：

因此，可以建立該問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型為：

目標(biāo)函數(shù)：

此時(shí)約束條件有：

力矩平衡

此外還需加上推力合力的約束條件（3）。

2.2 計(jì)算方法

與動(dòng)力定位能力評(píng)估類(lèi)似，在具體求解過(guò)程中可以將上述非線性約束最優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行線性化處理，然后利用線性?xún)?yōu)化方法進(jìn)行求解。具體做法如下：

首先，將船上正常工作的第i個(gè)推進(jìn)器的推力Ti分解為 （Ti，x，Ti，y），

推進(jìn)器性能約束

在船體坐標(biāo)系下，該推進(jìn)器所產(chǎn)生的力矩Mi可以表示為

那么，推進(jìn)系統(tǒng)能發(fā)出的合力與合力矩可以表示為：

推進(jìn)系統(tǒng)推力合力的表達(dá)式（5）可以轉(zhuǎn)化為

對(duì)于給定的方向角度α，此時(shí)力矩平衡條件（6）可以轉(zhuǎn)化為

同時(shí)，推力合力約束條件可以轉(zhuǎn)化為

在約束條件（13）的支持下，（11）式可表示為如下形式

通過(guò)對(duì)上述問(wèn)題的求解，可以計(jì)算出在指定角度α?xí)r推進(jìn)系統(tǒng)所能產(chǎn)生的最大推力值以及此時(shí)各推進(jìn)器的推力分配；該方向計(jì)算完成后，角度α增加并重新進(jìn)行計(jì)算，直至完成0°～360°全周向計(jì)算，最終可以求得推進(jìn)器推力的可執(zhí)行域曲線。

3 算例分析

本文分別計(jì)算了某鋪纜船和某工程船舶的推力能力曲線圖，并通過(guò)舉例來(lái)討論它對(duì)于動(dòng)力定位操縱控制的意義。

3.1 推力能力計(jì)算

鋪纜船上安裝有4臺(tái)全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器，各推進(jìn)器的位置及性能指標(biāo)如表1所示。

表1 鋪纜船推進(jìn)器位置布局及性能指標(biāo)Tab.1 Thruster layout and parameters of a cable-lay vessel

鋪纜船的推進(jìn)器配置及布局是中心對(duì)稱(chēng)的，因此單個(gè)推進(jìn)器失效對(duì)于船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的影響是一樣的，這里分別考慮推進(jìn)器全部正常工作以及1號(hào)推進(jìn)器失效兩種情況。根據(jù)表1，所有推進(jìn)器均正常工作時(shí)推進(jìn)系統(tǒng)能產(chǎn)生力矩范圍為[-572 tf.m，572 tf.m]，此時(shí)產(chǎn)生力矩極值時(shí)對(duì)應(yīng)的合力為0；而當(dāng)1#推進(jìn)器失效時(shí)推進(jìn)系統(tǒng)能產(chǎn)生力矩范圍為[-429 tf.m，429 tf.m]，產(chǎn)生力矩極值時(shí)對(duì)應(yīng)的合力分別為[6.5 tf，115°]和[6.5 tf，295°]。

圖4 正常工作模式推力能力計(jì)算結(jié)果Fig.4 Thrust ability plot(Intact mode)

圖5 推進(jìn)器失效模式推力能力計(jì)算結(jié)果Fig.5 Thrust ability plot(Failure mode)

圖4給出了所有推進(jìn)器正常工作時(shí)力矩控制指令MC占最大力矩MT，max不同百分比時(shí)的推力能力圖線。從圖中可以看出，推力能力曲線是中心對(duì)稱(chēng)的，并且隨著MC/MT，max的不斷增大，可執(zhí)行域向中心不斷收縮變小，當(dāng)MC=MT，max時(shí)，推力的可執(zhí)行域?qū)⑹湛s至原點(diǎn)。圖5給出了1#推進(jìn)器失效時(shí)力矩控制指令MC占最大力矩MT，max不同百分比時(shí)的推力能力圖線。此時(shí)，推力可執(zhí)行域曲線同樣隨著MC/ MT，max的增大而不斷收縮，這與推進(jìn)器完整工作模式的情形一致；不同的是，推力曲線已經(jīng)不再是中心對(duì)稱(chēng)的，并且當(dāng)力矩控制指令MC不斷趨向于系統(tǒng)力矩最大值MT，max時(shí)，即當(dāng)MC/MT，max趨向于1時(shí)，推力的可執(zhí)行域?qū)⑹湛s為特定方向的一條線，這條線對(duì)應(yīng)于產(chǎn)生最大力矩所對(duì)應(yīng)的合力。這間接說(shuō)明推進(jìn)器的失效破壞了原有的中心對(duì)稱(chēng)布局，對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)力定位能力有著顯著的影響。

與鋪纜船略有不同，工程船上安裝有兩臺(tái)全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器和兩臺(tái)槽道推進(jìn)器，推進(jìn)器呈左右對(duì)稱(chēng)布局，其位置及性能指標(biāo)如表2所示。

表2 工程船推進(jìn)器位置布局及性能指標(biāo)[11]Tab.2 Thruster layout and parameters of an engineering vessel

同樣，這里考慮推進(jìn)器全部正常工作模式和3#槽道推進(jìn)器失效模式。根據(jù)表2，所有推進(jìn)器均正常工作時(shí)推進(jìn)系統(tǒng)能產(chǎn)生力矩范圍為[-941 tf.m，941 tf.m]，此時(shí)產(chǎn)生力矩極值時(shí)對(duì)應(yīng)的合力分別為[20.2 tf，90°]和[20.2 tf，270°]；而當(dāng)3#推進(jìn)器失效時(shí)推進(jìn)系統(tǒng)能產(chǎn)生力矩范圍為[-863 tf.m，863 tf.m]，產(chǎn)生力矩極值時(shí)對(duì)應(yīng)的合力分別為[24.1 tf，90°]和[24.1 tf，270°]。此時(shí)，力矩控制指令占最大推力百分比不同時(shí)的推力能力曲線分別如圖6和圖7所示。

圖6 正常工作模式推力能力計(jì)算結(jié)果Fig.6 Thrust ability plot(Intact mode)

圖7 推進(jìn)器失效模式推力能力計(jì)算結(jié)果Fig.7 Thrust ability plot(Failure mode)

圖6顯示所有推進(jìn)器均正常工作模式下，隨著力矩控制指令MC的增加，推進(jìn)系統(tǒng)的推力可執(zhí)行域會(huì)向左半平面發(fā)生偏移，整體圖形呈上下對(duì)稱(chēng)；并且當(dāng)MC/MT，max趨向于1時(shí)，推力的可執(zhí)行域?qū)嚎s為推力極值方向的一條線，這與推進(jìn)系統(tǒng)呈中心對(duì)稱(chēng)時(shí)的結(jié)果不同；圖7所示3#槽道推進(jìn)器失效時(shí)的推力能力曲線與正常工作時(shí)的情況類(lèi)似，整體圖形仍保持上下對(duì)稱(chēng)，這主要是因?yàn)?#槽道推進(jìn)器的失效并沒(méi)有對(duì)系統(tǒng)的推進(jìn)布局結(jié)構(gòu)發(fā)生本質(zhì)的影響，推進(jìn)系統(tǒng)仍維持左右對(duì)稱(chēng)布置。

可見(jiàn)，推進(jìn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對(duì)于推力能力圖線有著顯著的影響，因此當(dāng)出現(xiàn)推進(jìn)器失效時(shí)尤其要引起注意。

3.2 推力能力曲線應(yīng)用分析

實(shí)際定位作業(yè)過(guò)程中，0%和100%這兩個(gè)極限情況通常不會(huì)出現(xiàn)，動(dòng)力定位系統(tǒng)操作人員更為關(guān)心一般情況下推力能力圖線的指導(dǎo)意義。下面以鋪纜船為目標(biāo)對(duì)象，力矩控制指令MC=300 tf為例，討論推力能力圖在不同推力控制指令下所表示的具體意義。相關(guān)計(jì)算分析結(jié)果如下。

表3和圖8給出了推進(jìn)器不同工作模式時(shí)的最大推力計(jì)算結(jié)果對(duì)比。對(duì)比結(jié)果表明，推進(jìn)器的失效對(duì)推力的可執(zhí)行域有著嚴(yán)重的影響。推進(jìn)器失效將會(huì)很大程度地削弱推進(jìn)系統(tǒng)的推力能力，同時(shí)推進(jìn)器失效導(dǎo)致的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)還會(huì)引起推力的可執(zhí)行域發(fā)生一定程度的偏移，并且不再是中心對(duì)稱(chēng)。

表3 不同工作模式時(shí)最大推力計(jì)算結(jié)果（MC=300 tf.m）Tab.3 Maximum thrust of different thruster working mode(MC=300 tf.m)

圖9-10給出了所有推進(jìn)器正常工作時(shí)不同推力控制指令時(shí)的顯示結(jié)果，其中陰影部分表示當(dāng)前推進(jìn)器工作模式下的推力可行域。

圖9給出了推力控制指令為（10 tf，50°）時(shí)的顯示效果。從圖中可以看出，圖9所示的推力控制指令TC在推進(jìn)系統(tǒng)的推力可執(zhí)行域范圍內(nèi)，即優(yōu)化推力分配關(guān)系有解，并且距離可執(zhí)行域邊界有著足夠的余量，此時(shí)動(dòng)力定位系統(tǒng)能正常可靠地工作。

圖11 推力控制指令在范圍內(nèi)（失效模式）Fig.11 Thrust command within ability range(Failure mode)

圖12 推力控制指令接近邊界（失效模式）Fig.12 Thrust command close to range boundary (Failure mode)

圖13 推力控制指令超出邊界（失效模式）Fig.13 Thrust command out of ability range (Failure mode)

圖10所示的推力控制指令TC（19 tf，110°）已經(jīng)超出了推進(jìn)系統(tǒng)的推力可執(zhí)行范圍即TC＞TT，max，利用優(yōu)化推力分配關(guān)系將不能得到有效解，推進(jìn)器將無(wú)法給出滿(mǎn)足約束條件的推力，船舶動(dòng)力定位作業(yè)會(huì)失敗。此時(shí)，為了保障動(dòng)力定位系統(tǒng)工作的安全可靠性，必須以實(shí)際能發(fā)出的推力指令TT，max（16.8 tf，110°）代替TC加以限制，用Tactual=TT，max參與到推力優(yōu)化分配環(huán)節(jié)中，同時(shí)應(yīng)給動(dòng)力定位操控人員警示以便及時(shí)進(jìn)行人為干預(yù)操控。

圖11-13給出了1#推進(jìn)器失效時(shí)不同推力控制指令的顯示結(jié)果。圖11中推力指令TC為 （8 tf，310°），此時(shí)推力控制指令TC在推進(jìn)系統(tǒng)的推力可執(zhí)行域范圍內(nèi)，即優(yōu)化推力分配關(guān)系有解，并且距離可執(zhí)行域邊界有著足夠的余量，此時(shí)動(dòng)力定位系統(tǒng)能正?？煽康毓ぷ鳌D12中推力控制指令TC為（8.5 tf，10°），推力控制指令接近于推進(jìn)系統(tǒng)的推力可執(zhí)行域邊界，此時(shí)盡管優(yōu)化推力分配關(guān)系有解，但是推力分配指令在下一時(shí)刻可能超出邊界，也可能進(jìn)入較安全區(qū)域中，因此這種情況也應(yīng)該引起動(dòng)力定位操控人員的注意。圖13中推力控制指令TC已經(jīng)超出了推力可執(zhí)行域的范圍，和圖10所示情況類(lèi)似，此時(shí)必須以實(shí)際能發(fā)出的推力TT，max代替TC加以限制，用Tactual=TT，max參與到推力優(yōu)化分配環(huán)節(jié)中，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的同時(shí)應(yīng)給動(dòng)力定位操控人員警示以便及時(shí)進(jìn)行人為干預(yù)操作。

以上的分析表明，推力能力圖線對(duì)于動(dòng)力定位系統(tǒng)的定位能力同樣有著很好的表現(xiàn)，并且在動(dòng)力定位作業(yè)過(guò)程中，推力能力圖線的結(jié)果更能給動(dòng)力定位系統(tǒng)作業(yè)控制提供指導(dǎo)。

4 結(jié) 論

與傳統(tǒng)的動(dòng)力定位能力評(píng)估不同，本文提出求解動(dòng)力定位系統(tǒng)的推力性能圖線來(lái)反映動(dòng)力定位系統(tǒng)作業(yè)控制時(shí)的能力，并采用具體實(shí)例進(jìn)行了推力能力的計(jì)算，分析討論了推力能力圖線對(duì)動(dòng)力定位作業(yè)控制的作用。推進(jìn)系統(tǒng)作為動(dòng)力定位系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，推力能力曲線對(duì)動(dòng)力定位系統(tǒng)操控過(guò)程中的定位能力有著一定程度的描述，尤其在動(dòng)力定位作業(yè)操作控制時(shí)，推力能力曲線不但能反映動(dòng)力定位系統(tǒng)當(dāng)前的工作狀態(tài)，還對(duì)可能出現(xiàn)的一些較危險(xiǎn)狀態(tài)做出預(yù)判，給動(dòng)力定位系統(tǒng)操控人員提供很好的指導(dǎo)建議。文中的分析結(jié)果還表明推進(jìn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)推力能力有著較為顯著的影響。

可以肯定地說(shuō)，推力能力曲線對(duì)于動(dòng)力定位系統(tǒng)研制以及操作控制調(diào)試是很有指導(dǎo)意義的工作，本文對(duì)此作了初步的嘗試，后續(xù)還需進(jìn)一步深入研究，結(jié)合具體動(dòng)力定位系統(tǒng)控制實(shí)例進(jìn)行應(yīng)用，確?？刂葡到y(tǒng)安全可控從而提高動(dòng)力定位系統(tǒng)的可靠性。

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Thrust ability evaluation analysis of a dynamic positioning system

LIU Zheng-feng,SUN Qiang,LIU Chang-de
(China Ship Scientific Research Center,Wuxi 214082,China)

Thrust ability analysis is different from the conventional dynamic positioning(DP)capability analysis.It mainly expresses the thrust feasible region of a thruster system during DP operations.In this paper, thrust ability analysis of a DP system is presented.Based on the constraint of moment balance,the maximum resultant force of thrust system is calculated and the thrust ability plot is obtained spontaneously. Some examples are demonstrated to investigate its effects on DP operations.The results show that although thrust ability program depends on the environmental force evaluation little,it also can reflect dynamic capability of DP system.Furthermore,during dynamic positioning operation,it can reflect DP system current status,and can predict critical status,and give DP system operator some useful suggestions.

dynamic position;thrust ability;thrust allocation;DP capability

U664.8

：Adoi：10.3969/j.issn.1007-7294.2016.05.004

1007-7294（2016）05-0540-09

2016-01-30

國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題（2014BAB13B01）；江蘇省綠色船舶技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助；國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）（2014CB046706）

劉正鋒（1982-），男，博士，高級(jí)工程師，E-mail：zhfliu@mail.ustc.edu.cn；孫 強(qiáng)（1976-），男，碩士，高級(jí)工程師。