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深圳中企智业投资咨询有限公司中国动力定位系统行业总体发展状况................................ 错误!未定义书签。
第一节中国动力定位系统行业规模情况分析 (2)一、动力定位系统行业单位规模情况分析 (2)二、动力定位系统行业人员规模状况分析 (2)三、动力定位系统行业资产规模状况分析 (3)四、动力定位系统行业市场规模状况分析 (3)五、动力定位系统行业敏感性分析 (4)第二节中国动力定位系统行业财务能力分析 (4)一、动力定位系统行业盈利能力分析 (4)二、动力定位系统行业偿债能力分析 (5)三、动力定位系统行业营运能力分析 (6)四、动力定位系统行业发展能力分析 (7)第一节中国动力定位系统行业规模情况分析一、动力定位系统行业单位规模情况分析目前，全球船舶和海洋工程装备动力定位系统市场几乎被欧美企业垄断，名列前茅的企业主要包括挪威的康士伯海事、美国的L-3通讯公司、美国GE公司、德国Praxis和芬兰NAVIS公司。
这些主要公司也是国际动力定位运营商协会的主要成员。
除上述厂家外，还有很多企业都已经或者正在开发动力定位系统。
美国Beier 公司专为平台工作船开发了IVCS 2000动力定位系统，广泛使用于美国和欧洲的大型工作艇船队。
在中国Beier通讯每年为30艘左右的海工船舶提供DP-1/DP-2动力定位系统以及船舶监控系统、通讯导航设备、船舶控制台等。
此外，法国NAUDEQ Company、Sirehna公司，荷兰Imtech Marine、PRAXlSE、日本三井造船，以及中国海兰信、振华重工、哈尔滨工程大学等也纷纷涉足该领域。
二、动力定位系统行业人员规模状况分析2016年中国动力定位系统行业从业人员中，生产人员占比为37.25%，技术人员占比为51.06%，行政人员占比为7.9%。
图表- 1：2016年中国动力定位系统行业从业人员专业构成分析数据来源：国际动力定位运营商协会2三、动力定位系统行业资产规模状况分析2012年中国动力定位系统资产规模为6.22亿元，2016年增长至8.87亿元，同比2015年增长了8.97%。
动⼒定位系统调研⽬录动⼒定位系统调研 (1)摘要 (1)第⼀章动⼒定位系统发展概况 (2)第⼆章动⼒定位系统结构及原理 (5)2.1测量系统 (6)2.1.1典型的测量系统 (6)2.1.2位置参考系统 (7)2.1.3环境参考系统 (8)2.2控制系统 (9)2.2.1所受环境载荷的分析和计算 (9)2.2.2国内外常⽤的控制技术 (10)2.3推⼒系统 (12)2.3.1推⼒分配优化理论 (12)2.4、动⼒定位系统的⼯作原理 (13)第三章动⼒定位系统的展望 (14)参考⽂献 (15)动⼒定位系统调研摘要船舶与海洋平台的锚泊⽅式在深海中受到很⼤的限制。
故不借助锚泊的动⼒定位系统应运⽽⽣。
随着我国深⽔战略加快推进，深⽔作业船舶已成为我国海洋油⽓深⽔勘探开发的排头兵。
动⼒定位系统最⼤优点是成本不随⽔深的增加⽽增加，并且操作⽅便，因此对动⼒定位系统的研究具有越来越重要的意义。
深⽔作业船的核⼼技术之⼀就是动⼒定位系统，它是⼀种闭环的控制系统，⽤于船舶⾃动定位和保持艏向。
动⼒定位系统的原理是应⽤计算机对采集来的风、浪、流等环境参数，根据位置参照系统提供的位置⾃动进⾏计算，控制各个推⼒器的推⼒⼤⼩，使船舶保持艏向和船位的“雷打不动”。
第⼀章动⼒定位系统发展概况动⼒定位系统最初应⽤于深海油⽓开采。
1961年，钻井船Cuss1配备有4个可操舵的螺旋桨，尝试钻第⼀个Moho井，保持船舶在加利福尼亚948 m⽔深的海⾯上。
壳牌公司在同⼀年下⽔了钻井船Eureka，该船拥有第⼀个DP模拟信号控制系统，是⼀艘真正意义上的动⼒定位船舶。
这⼀时期的DP系统也是第⼀代动⼒定位产品，采⽤经典控制理论来设计控制器，通常采⽤常规的PID控制规律，同时为避免响应⾼频运动，采⽤低通或点通滤波器剔除偏差信号中的⾼频成分。
但滤波器的引⼊会导致误差信号的相位滞后，从⽽影响信号的稳定性。
20世纪70年代中叶，J.G. BALCHEN 等提出了⼀种以现代控制理论为基础的控制技术，即多变量的线性最优控制和卡尔曼滤波理论相结合的动⼒定位控制⽅法，从⽽产⽣了第⼆代也是应⽤⽐较⼴泛的动⼒定位系统。
动力定位系统市场前景分析引言动力定位系统是一种通过使用推进器和定位系统的结合，能够保持船舶、海洋平台或其他船舶稳定在特定位置的技术。
随着海洋工程、油气勘探、海洋科研等领域的发展，动力定位系统的需求逐渐增加。
本文将对动力定位系统市场的前景进行分析。
动力定位系统市场现状目前，全球范围内的动力定位系统市场规模逐年增长。
主要驱动因素包括海洋工程领域的快速发展、油气勘探活动的增加以及海洋科研的需求增长。
此外，一些新兴市场国家也开始加大对动力定位系统的投资，进一步推动了市场的发展。
动力定位系统市场主要由推进器和定位系统两个部分组成。
推进器是实现船舶定位和保持稳定的关键设备，其中，动力定位系统采用的推进器主要包括传统的螺旋桨推进器和新兴的水喷推进器。
定位系统则包括全球卫星导航系统（GNSS）、九轴传感器、激光测距仪等技术。
当前市场上推进器和定位系统的技术不断创新，提高了系统的性能和可靠性，进一步推动了市场的发展。
动力定位系统市场前景海洋工程领域的发展海洋工程是动力定位系统的主要应用领域之一。
随着海洋石油、天然气勘探和开发活动的增加，对动力定位系统的需求也在增长。
例如，深水油田的开发需要安全、可靠的动力定位系统来实现海上平台的稳定工作。
此外，海底管道敷设、海洋风电等领域也需要动力定位系统的支持。
海洋工程领域的持续发展将进一步推动动力定位系统市场的增长。
油气勘探活动的增加随着全球能源需求的不断增加，油气勘探活动也在全球范围内持续增加。
动力定位系统在油气勘探活动中发挥着至关重要的作用。
例如，在海上钻井平台上，动力定位系统可以保持钻井平台在特定位置的稳定，提高勘探效率和安全性。
随着新的油气勘探项目的开展，动力定位系统市场将继续保持快速增长。
海洋科研需求的增长海洋科研是另一个重要的动力定位系统市场。
海洋科研活动主要包括海洋生态环境的调查与监测、地质勘探、海洋生物学研究等。
这些科研活动需要船舶在特定的海域内保持稳定的位置，并进行各种观测和采样工作。
科技创新随着人类向深海进军，动力定位系统（dynamic position-ing,DP）越来越广泛地应用于海上作业船舶（海洋考察船、半潜船等）、海上平台（海洋钻井平台等）、水下潜器(ROV)和军用舰船（布雷舰、潜艇母船等）。
它一般由位置测量系统，控制系统，推力系统三部分构成。
位置测量系统（传感器）测量当前船位，控制器根据测量船位与期望值的偏差，计算出抗拒环境干扰力（风、流、浪）使船舶恢复到期望位置所需的推力，推力系统进行能量管理并对各推力器的推力进行分配，推力器产生的推力使船舶(平台)在风流浪的干扰下保持设定的航向和船位。
动力定位系统的核心是控制技术，它标志着动力定位系统的发展水平。
动力定位控制技术的发展计算机技术，传感器和推进技术的发展，无疑给动力定位系统带来了巨大的进步，但是真正代表动力定位技术发展水平的还是控制技术的发展。
至今动力定位控制技术已经经历三代，其特点分别是经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论在动力定位控制技术中的应用。
对应的是第一，二，三代动力定位产品。
进入九十年代以后，智能控制方法在动力定位系统获得广泛应用，逐步形成了第三代动力定位系统。
Katebi等在1997年,Donha和Tannuri2001年研究了基于鲁棒控制的控制器，1998年，Thor I.Fossen做了全比例实验，采用李亚普洛夫设计被动非线性观测器。
非线性随机过程控制方法的应用以及欠驱动控制逐渐成为研究的热点。
神经网络，模糊控制，遗传算法等等理论给动力定位系统控制器的研究开辟了一片新的天地。
国内外常用的动力定位控制技术1.PID控制早期的控制器代表类型，以经典的PID控制为基础，分别对船舶的三个自由度：横荡，纵荡，艏摇进行控制。
风力采用风前馈技术。
根据位置和艏向偏差计算推力大小，然后确定推力分配逻辑产生推力，实现船舶定位。
这种方法在早期曾取得成功。
但是它有不可避免的缺陷：一是除了风前馈以外，位置和艏向控制都不是以模型为基础的，属于事后控制，控制的精度和响应的速度都有局限性；二是若在PID控制器的基础上，采用低通滤波技术，可以滤除高频信号，但它却使定位误差信号产生相位滞后。
动力定位系统介绍1、动力定位系统的产生和发展动力定位系统于上世纪70年代后期由美国海军研制成功，起初主要应用于潜水艇支持船、军用海底电缆铺设等作业。
从上世纪80年代初开始，随着北海油田、墨西哥湾油田的大规模开发，动力定位系统被广泛应用于油田守护、平台避碰、水下工程施工、海底管线检修、水下机器人(ROV)跟踪等作业。
尤其是90年代以来，随着海上勘探开发逐步向深水(500m～1500m)和超深水(1500m以上)发展，几乎所有的深水钻井船、油田守护船都装备了动力定位系统。
据初步估计，目前全世界装备动力定位系统的各类船只已超过1 000艘。
2、动力定位系统简述海洋中的船舶因不可避免的受到风、波浪与水流产生的力的影响，船舶在这些环境外力的干扰作用下，将产生六个自由度(纵荡、横荡、升沉、纵摇、横摇、艏摇)运动，而对于定位船舶而言，需要控制的只是水平面内的三个运动，即纵荡(Surge)、横荡(Sway)和艏摇(Yaw)运动。
使用动力定位控制系统能够抵消那些作用在船体上不断变化的阻力，维持操作员指定的位置与航向，或者使船舶沿着需要的轨迹移动。
动力定位控制系统使用来自一个或多个电罗经的数据来控制船舶航向；至少使用一个位置参考系统（如DGPS或声纳）的数据来控制船舶位置，从而进行船舶定位。
风传感可以测量船舶受到的风阻力的大小和方向，但是海流力和波浪力不是测量出来的，而是由船舶数学模型计算得出。
动力定位中的船舶数学模型是由扩展卡尔曼滤波算法建立的，该算法用于估计船舶航向、位置以及在各个方向运动的自由度：纵荡，横荡与艏摇，它合并了估计海洋水流与波浪影响的算法。
但是该数学模型是无法100％准确代表真正的船舶，因此根据位置参考系与传感器的测量值来不断修正该船舶数学模型，这是一个闭环控制过程。
下图是动力定位系统的控制原理图：动力定位系统可以检测与显示船舶的实际航向和位置与期望的航向和位置之间发生偏离的情况，控制器基于这些信息来控制船舶。
基于动力定位系统的船舶海洋测绘技术研究船舶海洋测绘是指利用船舶搭载的各种测量设备和技术手段，对海洋进行地理、物理、化学等多方面的调查和测量。
而基于动力定位系统的船舶海洋测绘技术，是指通过动力定位技术来实现船舶在海洋环境中的准确位置控制和精确测量，以提高测绘数据的质量和准确性。
本文将从动力定位系统、船舶海洋测绘技术、研究现状和应用前景等方面进行探讨。
一、动力定位系统动力定位系统（Dynamic Positioning System，简称DPS）是一种能够使船舶在不使用锚泊或系泊设备的情况下，在海洋中保持特定位置和航向的技术。
该系统通过船舶搭载的定位设备（例如全球定位系统、声纳测距仪等）、船舶控制系统和推进器（如舵、推进器等）的协同作用，可以实现对船舶的准确定位和船舶位置的精确控制。
二、船舶海洋测绘技术船舶海洋测绘技术是一门综合性学科，包括了一系列涉及海洋地质、海洋气象、海洋生物、海洋地理等方面的测量、观测和调查技术。
主要的测绘设备有多波束水声测深仪、多波束测绘系统、声纳系统、全球定位系统（GPS）等。
通过这些测绘设备的采集和处理，可以获得大量的海洋数据，如海底地形、海洋生物资源、水运航线等，为科学研究、航海安全和资源开发提供重要依据。
三、研究现状目前，船舶海洋测绘技术正处于不断发展和创新的阶段。
其中，基于动力定位系统的船舶海洋测绘技术成为了研究的热点之一。
一方面，动力定位系统能够提供船舶准确的位置和航向信息，使得船舶能够更加精确地进行数据采集和测量。
传统的锚泊测绘方式受到船体摇摆等因素的限制，容易产生误差，而动力定位系统可以弥补这一不足。
另一方面，动力定位系统还能够实现船舶对目标区域的精确控制。
船舶在测绘过程中，可能需要在特定位置停留、进行悬停测量或沿特定轨迹进行测量，并且保持测量航线的稳定性。
动力定位系统可以通过对推进器和舵的控制，实现这些航行任务，保证测绘过程的质量和准确性。
四、应用前景基于动力定位系统的船舶海洋测绘技术在海洋调查、资源勘探和航海安全等领域有广泛的应用前景。
动力定位系统的原理与应用研究动力定位系统（Dynamic Positioning System，简称DP系统）是一种利用船舶自身的动力装置，通过控制船舶的推进器和转向装置，以保持船舶在特定位置或沿特定航线中的姿态和位置的船舶控制技术。
该系统通过引入先进的传感器、计算机和自动控制技术，实现了船舶的自动定位和控制，具有广泛的应用范围，包括海洋工程、油气勘探和海上施工等领域。
本文将围绕动力定位系统的原理和应用进行研究，探讨其工作原理、关键技术以及在不同领域中的应用情况。
动力定位系统的基本原理是通过精密控制船舶的动力装置和转向装置，使船舶能够保持指定的位置或姿态。
系统通过多个传感器，包括全球定位系统（GPS）、惯性导航系统（INS）、罗盘等，获取船舶的姿态和位置信息。
船舶的动力传动系统包含主推进器、侧推进器和横向推进器，通过调整各个推进器的转速和推力，使得船舶能够在海上保持稳定的位置和方向。
此外，动力定位系统还包括中央控制室和自动控制软件，用于处理传感器数据和控制推进器的工作状态。
动力定位系统的关键技术主要包括传感器融合、控制算法和动力装置。
传感器融合是指将不同类型的传感器数据进行融合，通过算法得到更准确的位置和姿态信息。
控制算法则是根据传感器数据和预设目标，通过动态调整推进器的工作状态，使船舶保持稳定的位置和姿态。
动力装置包括主推进器、侧推进器和横向推进器，这些推进器通过电动机、液压系统和传动装置等实现动力输出，并通过控制系统调整输出的推力和转速。
动力定位系统在海洋工程领域有着广泛的应用。
在海底油气勘探和开采过程中，船舶需要靠近井口进行作业，因此精确的定位至关重要。
动力定位系统能够通过控制船舶的位置和姿态，使其保持在井口附近，从而实现安全和高效的作业。
此外，动力定位系统还能够应用于海上风电场建设、海洋石油平台维修等领域，在这些领域中，船舶需要稳定地停留在特定的位置进行作业，而动力定位系统能够实现船舶的准确定位和控制。
2023年动力定位系统行业市场分析现状动力定位系统是指利用动力设备为船只、潜水器、无人驾驶车辆等移动设备提供定位、导航和控制功能的系统。
随着无人驾驶技术的发展和应用，动力定位系统的市场需求逐渐增大。
本文将从市场规模、市场前景和市场竞争等方面对动力定位系统行业市场进行分析。
首先，动力定位系统市场规模逐年增长。
根据市场调研机构的数据，2019年全球动力定位系统市场规模已经达到XX亿美元。
受到无人驾驶技术的推动，预计未来几年动力定位系统市场将保持稳定增长，并有望突破XX亿美元。
其次，动力定位系统市场前景广阔。
无人驾驶技术的广泛应用带动了动力定位系统的需求增长。
尤其是在海洋工程、石油勘探和风电等领域，动力定位系统的应用前景更加广阔。
例如，海洋工程中的深海油井施工需要使用动力定位系统进行精确定位和控制，而风电场维护船只则需要动力定位系统进行雷达扫描和目标跟踪。
因此，动力定位系统具有广阔的市场前景。
然而，动力定位系统市场竞争激烈。
目前市场上存在着众多的动力定位系统供应商，其中不乏一些国际知名企业。
这些企业通过不断的技术进步和产品创新来提高自身的竞争力。
同时，市场还存在一些小型企业和初创企业，它们通过低价格和快速响应来争夺市场份额。
因此，动力定位系统供应商在提高技术能力的同时，还需要积极开拓市场和拓展产品线，以应对激烈的市场竞争。
总体来说，动力定位系统行业市场呈现出规模不断扩大、前景广阔和竞争激烈的特点。
随着无人驾驶技术的发展和应用，动力定位系统的市场需求将持续增加。
因此，动力定位系统供应商应加强技术研发和产品创新，并积极开拓市场，以确保在激烈的市场竞争中取得优势。
文章编号:100529865(2002)0120091207动力定位系统发展状况及研究方法赵志高,杨建民,王 磊,程俊勇(上海交通大学船舶与海洋工程国家重点实验室,上海 200030)摘 要:动力定位系统(Dynamic P ositioning System )是一种闭环的控制系统,其采用推力器来提供抵抗风、浪、流等作用在船上的环境力,从而使船尽可能地保持在海平面上要求的位置上,其定位成本不会随着水深增加而增加,并且操作也比较方便。
本文对动力定位系统发展及各组成部分进行了介绍,以期对动力定位系统有个比较完整的认识。
关键词:动力定位;控制系统中图分类号:U66111 文献标识码:AThe development and research method of dynamic positioning systemZH AO Zhi 2gao ,Y ANGJian 2min ,W ANGLei ,CHE NGJun 2y ong(The S tate K ey Laboratory of Ocean Engineering ,Shanghai Jiaotong University ,Shanghai 200030,China )Abstract :The dynamic positioning system is a closed 2loop control system which resists against the disturbance by wind ,wave and current with the help of thrusters on the vessel.The aim of the system is to control the vessel on a required position.The cost of the positioning doesn ’t rise with the rise of water depth and the operation is convenient.Its development is important to the ocean exploration and the m odernization of na 2vy.In this paper ,a brief introduction of DPS and its development is given.K ey w ords :dynamic positioning system ;control system随着地球上人口的急剧增加,陆上资源供应也趋极限,各国都把经济发展的重点转移到海洋上。
这是因为占地球总面积2Π3以上的浩瀚大海里,有极其丰富的海水化学资源、海底矿产资源、海洋动力资源和海洋生物资源,21世纪人类将全面步入海洋经济时代,人们对海洋的开发和探索的范围也将越来越广,从而对深海作业的浮式生产系统(包括半潜平台,生产油轮)的系泊方式的研究日益重视。
一般水深情况下,浮式生产系统的系泊主要采用锚泊系统,但随着水深的增加,锚泊系统的抓底力减小,抛锚的困难程度增加,同时锚泊系统的锚链长度和强度都要增加,进而重量剧增,海上布链作业也变得复杂,系泊锚链的造价和安装费用猛增,其定位功能也受到很大的限制。
而动力定位系统(Dynamic P ositioning System )是一种闭环的控制系统[1,2],其功能是不借助锚泊系统的作用,而能不断检测出船舶的实际位置与目标位置的偏差,再根据外界风、浪、流等外界扰动力的影响计算出使船舶恢复到目标位置所需推力的大小,并对船舶上各推力器进行推力分配,进而使各推力器产生相应的推力,从而使船尽可能地保持在海平面上要求的位置上。
其优点是定位成本不会随着水深增加而增加,并且操作也比较方便,因此对动力定位系统的研究也就具有越来越重要的意义。
动力定位系统主要由三部分组成(如图1所示):1)位置测量系统,测量出船舶或平台相对于某一参考点的位置;2)控制系统,首先根据外部环境条件(风、浪、流)计算出船舶或平台所受的扰动力,然后由此外力与测量所得位置,计算得到保持船位所需的作用力,即推力系统应产生的合力;3)推力系统,一般由数个推力器组成。
收稿日期:2001203227作者简介:赵志高(1978-),男,山东平邑人,硕士研究生,主要从事动力定位系统的研究。
第20卷第1期2002年2月海洋工程THE OCE AN E NGI NEERI NG V ol 120N o 11Feb.2002图1 动力定位系统框图Fig.1 Dynamic control system 浮动设施的动力定位系统开始于20世纪60年代。
第一批装有动力定位系统的船舶的排水量,大致为450～1000多吨。
在文献[3]中提到,第一艘装有自动反馈系统的动力定位船是“尤勒卡”号。
早期的动力定位系统对船舶的尺寸和形状没有什么影响,船上装有动力定位系统的最显著的标志,就是它装有多台推力器,其控制方式也大多是采用模拟式控制器。
随着计算机技术的发展和传感器技术的提高,动力定位系统逐渐采用数字计算机控制系统代替模拟式控制器,控制性能得到很大的提高,动力定位船的可连续工作时间也越来越长。
这些船舶主要用于钻探石油、采矿取样、支援潜水作业、消防、敷设电缆管线等。
国际上许多国家都开展了对船舶动力定位的研究。
文献[4]中提到的Pholas 号是英国20世纪70年代最早应用动力定位技术的船之一,这是一艘钻井船,钻取岩心用来实地考察,它需要很短的安装时间而且不需要布置锚链,其排水量为6636t ,安装有1215t 的推力器。
这艘船至今仍在工作,只是安装了一套新的DP 控制系统。
荷兰Marin 在20世纪80年代初期即确定了关于推进器和定位的研究计划[5],并开展了动力定位的模型试验,内容包括:1)推进器和推进器之间的相互作用;2)推进器和船体的相互作用;3)环境力和低频运动。
研究结果产生了应用于动力定位的模拟程序RUNSI M ,包括模拟试验的程序DPC ON 和理论模型计算的程序DPSI M 。
解决了流力、风力、二阶波浪漂移力、推进器力的计算,控制系统采用经典的PI D 控制算法+扩展K alman 滤波,风力采用前反馈的形式,提出了波前反馈的概念。
同时Marin 还开展了下述工作:1)DP 2assistedm ooring m ode ,即动力定位系统和系泊系统联合使用的情况[6,7];2)动力定位系统在轨道航行(OT )方面的应用;3)动力定位设计阶段的性能、要求功率和经济性的估算。
此外,挪威、日本等国家也对动力定位进行了很多研究,并利用仿真或模型试验来验证其控制策略的有效性。
国内较早就开始研究船舶动力定位技术,已建立船舶动力定位技术联调实验室,并进行了深潜救生艇六自由度动力定位系统的研制。
1 动力定位系统介绍111 操纵方程与所受作用力在有风、浪、流共同作用的复杂海况下,无约束的船舶具有六个自由度的运动特征。
这些运动均含有低频分量和高频分量。
低频运动分量可以认为是由螺旋桨的推力、舵力、流力、风力和缓变的波浪漂移力等产生的;而高频运动分量主要是由波浪引起的一阶波频运动响应,而随波浪的起伏而往复,呈现出自动恢复原位的特性。
动力定位控制的主要是水平面的三个自由度运动,即纵荡、横荡、艏摇[8]。
为了描述船舶在水平面的运动,必须建立二个坐标系统,如图2,一个是地球固定坐标系X e OY e ,另一个是随船坐标系XOY 。
二个坐标系的Z 轴均向上,XY 平面与静水面重合,船舶低频运动方程就是建立在随船坐标系YOY 中,在每个采样周期中,均要通过这两个坐标系的转换来进行速度、位置及控制力的估算和估计。
其转换矩阵为:YX =cos α-sin αsin αcos αY EX E +Y G X G (1)29海 洋 工 程第20卷图2 坐标系Fig.2 The coordinate system 根据船舶操纵性理论及动力定位的特性,采用如下的非线性操纵性方程作为系统模型[9,10]:(m +m x ) u -(m +m y )vr =F XH +F Xwa +F Xwi +F XT +mx G r2(m +m y ) v -(m +m x )ur =F YH +F Y wa +F Y wi +F YT +mx G r (I 2+J 2) r =N H +N wa +N wi +N T -mx G ( v +ur)(2)其中,m 、I z 是船舶的质量和OZ 绕轴的转动惯量,m x 、m y 、J z 分别为船舶沿X 、Y 方向的附加质量和船体绕OZ 轴的附加转动惯量,下标H 、wa 、wi和T 分别表示船体水动力、波浪漂力、风力和推进器力。
水动力作为船舶的主要受力,其作用机制比较复杂,在动力定位过程中,船舶的运动处于低速,无论线性水动力还是非线性水动力在船舶运动中都起着重要的作用,必须加以考虑。
针对船体水动力,目前有各种各样的形式,一种典型的形式为[10]:F XH =X uu u 2+X vv v 2+X vr vr +X rr r2F YH =Y v v +Y r r +Y v |v |v |v |+Y v |r |v |r |+Y r |r |r |r |+Y r r N H =N v v +N r r +N v |v |v |v |+N v |r |v |r |+N r |r |r |r |+N v v (3) 在有流的情况下,相对速度为:u r =u -U c cos (αc -Ψ)v r =v -U c sin (αc -Ψ)(4)式中:U c 为海水相对于大地的流速,αc 为流向角,Ψ为船的艏向角。
将式(4)及对时间的导数代入式(2)和(3),即得到有流情况下的船舶操纵方程。
波浪漂力是波浪作用在船上的二阶力,它会使船舶缓慢地漂离原来的位置,所以动力定位系统必须考虑到波浪漂力的存在。
如文献[11]中的波浪漂力的数值模拟方法。
规则波中:F (t )=k 2w ∫b (x )v 2za (x )d x (5)其中,F 为船舶所受波浪漂力,w 是波浪原频率,k 是波数,b (x )是船体x 处横界面的升沉阻尼系数,v za (x )是该截面相对于波浪中质点的相对速度振幅。
不规则波中:F (t )=∑N i =1∑Nj =1ζi ζi P ij cos[(w i -w j )t +(ξi -ξj )]+∑N i =1∑N j =1ζi ζi Q ij sin[(w i -w j )t +(ξi -ξj )](6) 船体的速度一般比风速小的多,因此空气动力可以表示为:F XA =C XA (αA )v 2w ,F Y A =C Y A (αA )v 2w ,M ZA =C ZA (αA )v 2w(7)式中:C (αA )是空气动力阻力系数,它的单位是力或力矩的单位除以风速单位的平方;αA 是风对船的冲角的函数;v w 是风速的幅值。
