[發(fā)明專利]一種用于動力定位系統(tǒng)故障模式響應(yīng)測試的模型試驗(yàn)平臺

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110457362.3
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113189964A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙威;李智敏;楊素軍;范佘明
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶工業(yè)集團(tuán)公司第七0八研究所
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊;柏子雵

本發(fā)明涉及一種用于動力定位系統(tǒng)故障模式響應(yīng)測試的模型試驗(yàn)平臺，所述模型試驗(yàn)平臺參照IMO MSC.1Circ1580DP系統(tǒng)要求，并具有在一定風(fēng)浪環(huán)境條件實(shí)現(xiàn)動力定位的功能，其特征在于，包括試驗(yàn)船模以及基于試驗(yàn)船模配置的動力模塊、推進(jìn)模塊、DP控制模塊以及遠(yuǎn)程操作終端，其中：DP控制模塊配置故障注入軟件模塊，利用故障注入軟件模塊針對DP系統(tǒng)故障模式施加測試激勵(lì)，從而在線測試DP控制模塊各功能的可靠性。本發(fā)明通過注入故障的方式測試DP控制系統(tǒng)與軟件功能算法對設(shè)備故障、信號特征變化、模型參數(shù)調(diào)整等干擾因素的響應(yīng)與處理過程，對DP控制系統(tǒng)信號處理、狀態(tài)監(jiān)視、故障診斷等功能進(jìn)行在線測試。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于動力定位(DP：Dynamical Positioning)系統(tǒng)故障模式響應(yīng)測試的模型試驗(yàn)平臺，屬于船舶與海洋工程自動化控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著人類對海洋資源開發(fā)從近海走向遠(yuǎn)海，海洋工程對作業(yè)安全性及海洋結(jié)構(gòu)物保持位置精確性的需求增加，DP控制系統(tǒng)成為大型海洋工程裝備的必要配置系統(tǒng)，如深海鉆井平臺、執(zhí)行海底管道鋪設(shè)的鋪管船等，均采用動力定位控制系統(tǒng)使作業(yè)平臺或船舶實(shí)現(xiàn)精確定位與定向控制目標(biāo)。目前國內(nèi)對動力定位系統(tǒng)的研究主要集中在控制策略與系統(tǒng)功能的仿真測試研究，缺少對DP控制系統(tǒng)功能可靠性與魯棒性的試驗(yàn)測試研究。本發(fā)明所涉及的試驗(yàn)平臺，能夠通過模擬設(shè)備故障與信號特征變化、調(diào)整模型參數(shù)等方式施加干擾因素對DP控制系統(tǒng)功能進(jìn)行在線測試，是研究DP控制系統(tǒng)功能完整性、穩(wěn)定性、魯棒性及實(shí)時(shí)性的重要技術(shù)平臺。

船舶動力定位系統(tǒng)通常由動力系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等三部分組成。動力系統(tǒng)為全船設(shè)備提供能量，涉及船舶整體的安全完整性，DP控制系統(tǒng)必須基于動力系統(tǒng)提供的可用功率執(zhí)行其控制功能，不能因DP系統(tǒng)功能引起動力系統(tǒng)功率過載或故障。推進(jìn)系統(tǒng)作為DP系統(tǒng)的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通常由多臺不同類型推進(jìn)器組成，DP控制系統(tǒng)通過邏輯判斷與推力分配算法對所有可用推進(jìn)器進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，并實(shí)時(shí)監(jiān)視推進(jìn)器運(yùn)行狀態(tài)，對其故障進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)處理。DP控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)船舶定位定向功能的核心功能模塊，包括過程控制單元、人機(jī)交互單元、通信網(wǎng)絡(luò)、位置參考系統(tǒng)及傳感器系統(tǒng)。其過程控制單元實(shí)時(shí)接收人機(jī)交互單元、位置參考系統(tǒng)、傳感器、動力系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)的輸入信息，基于船舶動力學(xué)模型建立位置偏差的閉環(huán)控制回路，實(shí)現(xiàn)定位定向功能。過程控制單元對輸入信號進(jìn)行比較、濾波、插值、預(yù)測等處理，對設(shè)備故障以及信號特征變化進(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng)，以減少信號干擾對DP控制系統(tǒng)的影響，確保系統(tǒng)功能表現(xiàn)穩(wěn)定可靠。

經(jīng)專利檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利CN1544285A(申請?zhí)?00310108552.6)發(fā)明了一種“動力定位模型試驗(yàn)系統(tǒng)”，該發(fā)明主要側(cè)重測試驗(yàn)證DP控制系統(tǒng)對外部環(huán)境(模擬海況)條件的適應(yīng)能力，以用于海洋工程模型試驗(yàn)，預(yù)報(bào)海洋工程結(jié)構(gòu)物在海洋環(huán)境下的運(yùn)動情況。中國專利CN110308714A(申請?zhí)?01910552415.2)發(fā)明“一種水上平臺動力定位系統(tǒng)核心操控策略驗(yàn)證的試驗(yàn)平臺”，采用無線遙控的方式開展動力定位控制策略的模型試驗(yàn)研究。上述專利中的試驗(yàn)系統(tǒng)或平臺，著重于動力定位控制策略的試驗(yàn)驗(yàn)證，未考慮DP控制系統(tǒng)對設(shè)備故障、測量信號特征以及模型參數(shù)變化等干擾因素的處理功能以及測試驗(yàn)證。中國專利CN 104267606 B(申請?zhí)?01410581902.9)發(fā)明“一種動力定位控制系統(tǒng)硬件在環(huán)測試仿真器及其工作方法”，搭建硬件在環(huán)仿真測試系統(tǒng)，通過在仿真測試平臺上模擬各種故障模式，對DP控制單元功能進(jìn)行仿真測試。由于仿真模型忽略了實(shí)際風(fēng)浪環(huán)境、DP船舶與DP控制系統(tǒng)中的多種非線性因素，無法真實(shí)反應(yīng)DP控制系統(tǒng)的性能表現(xiàn)與功能穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種在定位狀態(tài)下施加測試激勵(lì)實(shí)現(xiàn)DP故障模式，在線測試DP控制系統(tǒng)的響應(yīng)表現(xiàn)，獲得真實(shí)數(shù)據(jù)信息的試驗(yàn)平臺。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種用于動力定位系統(tǒng)故障模式響應(yīng)測試的模型試驗(yàn)平臺，所述模型試驗(yàn)平臺參照IMO MSC.1Circ1580 DP系統(tǒng)要求，并具有在一定風(fēng)浪環(huán)境條件實(shí)現(xiàn)動力定位的功能，其特征在于，包括試驗(yàn)船模以及基于試驗(yàn)船模配置的動力模塊、推進(jìn)模塊、DP控制模塊以及遠(yuǎn)程操作終端，其中：