哈工程大学牵头研发我国最高级别DP3船舶动力定位系统项目通过验收
来源：船舶处发布时间：2014-11-04阅读次数：
《西游记》里的“定海神针”作为镇海之宝，为人类所向往。而在对海洋的认识、了解和开发过程中，人类更迫切地渴望能够拥有“定船神针”的威力。日前，我国完全具有自主知识产权的“定船神针”——DP3动力定位系统研制项目在哈尔滨通过工业和信息化部验收。这标志着我国首套DP3动力定位系统自主研发成功，填补了国内动力定位系统领域的一项空白，为打破国外企业垄断、走向产品化和产业化奠定了坚实的基础。
协同创新见成效
DP3动力定位系统研制项目是国家高技术船舶科研专项重点项目，由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，中国船舶工业集团公司第七○八研究所作为DP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，历时4年，最终取得重大成果。在验收过程中，由中国工程院多位院士及国内相关领域著名专家组成的专家组对项目取得的成果给予了高度评价。
哈尔滨工程大学副校长夏桂华表示：“高端装备的国产化研发必须依靠优势互补的‘国家队’开展协同创新来实现。没有成员单位的长期合作和联合推动，这一制约我国高端海工装备发展的瓶颈将很难打破。没有成员单位的重视和支持，专用试验船舶等研制条件将很难到位。没有深海工程与高技术船舶协同创新中心连通‘创新链条’，这项技术将长期处于实验室样机阶段，无法向产业化方向真正迈进。”
动力定位系统是在人类向“深海”进军的背景下问世的。上世纪70年代，世界海洋资源开发日益深入，传统的抛锚定位模式已经不能满足深海钻井、敷设海底管线、打捞救生等复杂深海作业的需要，船舶及海洋平台动力定位成为急需解决的问题。于是，动力定位系统应运而生。其主要原理是利用计算机对采集来的环境参数（风、浪、流），根据位置参照系统提供的位置信息，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“雷打不动”。目前，深海钻井平台、海底管线和电缆铺设船、起重船、海上打捞救生船、多用途工作船等对海上作业的可靠性要求越来越高，对海洋平台稳定精确地控制在作业点的要求也相应提高。因此，我国海洋行业对拥有完全自主知识产权的“定船神针”——高级别船舶动力定位系统的需求日益迫切。据估算，目前国内DP市场规模庞大，每年潜在的DP船需求达几十艘。
动力定位系统是一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、测量系统等四大部分。其中，控制系统居于核心地位，相当于整个系统的“大脑”。在DP3动力定位系统项目中，哈尔滨工程大学负责研发的就包括这一部分。该系统海试期间，在风速达6~9级、海流速度大于1节的海况条件下，实现了船舶高精度和高可靠的定位，达到国际同类产品的先进水平。据悉，哈尔滨工程大学早在上世纪80年代就率先在国内着手研发船舶动力定位技术，并首次在国内建立了风浪流作用下、船舶在动力定位状态下的运动数学模型，研发了风前馈、状态反馈和预测解耦控制算法，解决了高频数据处理难题，掌握了动力定位技术基本原理，成为国内首家具备生产DP1动力定位产品能力的基地，为我国在船舶动力定位技术研究领域的发展做了奠基性的工作。经过30余年的技术积累，哈尔滨工程大学在DP领域已逐步发展成为我国海军和海工领域重要的技术依托力量。
填补空白创造“第一”
DP3动力定位系统研制项目涉及学科众多、技术复杂、难度高，属于理论与实践相结合的综合集成创新项目。该项目以自主研制最高级别的DP3级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了重大突破。项目组掌握了DP3动力定位系统的设计、工程样机研制和集成以及海上试验技术，开发出具有自主知识产权的DP3控制系统工程样机，在DP3动力定位系统冗余技术、多传感器数据处理及融合方法、多推进器推力分配优化算法、高精度DP3动力定位系统控制技术、因果分析、模型预测、故障模式与影响分析等关键技术上取得突破，具体体现在以下方面。
首先，研制出国内首套满足国际海事组织（IMO）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，填补了相关领域空白。
其次，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，研制了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，该系统可实现三冗余、双冗余、单模之间的自动切换，满足海洋工程作业极高的可靠性要求。
再次，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，并开发了相应的实船应用软件。实船试验证明，该DP3动力定位系统具备了高精度和高可靠定位功能。
此外，在国内首次提出了一种基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的最优状态估计方法，实现了船舶运动数学模型参数在线辨识，首次在DP3动力定位系统船舶运动实时模型预测技术上获得突破。海上试验证明，当位置参考系统全部失效时，基于船舶运动模型预测的位置控制达到国际同类产品先进水平，为深海工程作业提供了有效的安全保障。
最后，填补了国内DP3动力定位控制系统和调距型大功率全回转舵桨设计与制造领域的空白，突破了相关关键技术难关，开创了国内冗余动力定位控制系统和大功率调距型全回转舵桨设计应用先河。
据了解，此前，国内工程作业船舶上除DP1动力定位系统可以实现国产化外，DP2动力定位系统和DP3动力定位系统市场主要被国外企业所垄断。我国自主研制的DP3动力定位系统，是我国走向“深海”、打破西方垄断不可或缺的核心关键装备，为我国DP2、DP3动力定位系统国产化和产业化打下了坚实的技术基础，同时也将为我国海洋工程向“深海”进军提供有力的技术保障。(转自中国船舶新闻网,作者：唐晓伟)