图 2-1 执行器框架

表 2-1 推进器符号

符号描述

 隧道推进器方位推进器 主螺旋桨

 舵

不同种类的推进器可以用于不同的方面，下面将简要讨论最基本的类型，解释它 们的关键特性（参见图 2-2）。

(a)隧道推进器 (b)方位推进器

(c)展示了船尾的主螺旋桨和舵对和一个隧道推进器 图 2-2 不同执行器类型

2。3。1隧道推进器

隧道推进器（参考图 2-2（a）和 2-2（b））可以产生横向推力。因为在船头或者 船尾可以产生最大的推力距，所以通常把他们放在这两个位置。隧道推进器主要用于 掌舵，所以，当他们在前进或者反向模型中必须有可调螺旋桨距用来快速旋转，反之 亦然。当需要更多推力时，多个隧道推进器可以相邻放置[7]。

2。3。2方位推进器

方位推进器（参考 2-2（b））可以用于掌舵和前进。他们可以 360°旋转，并在 任何方向产生推力。推进器周围通常装有一个导管用于疏通漩涡，提高效率，所以他 们一般不用于反转模式[8]。由于他们可以在任何方向上操纵，所以也能在潜水者入水 处的月池产生一个危险区。在这种情况下，为了保证安全，将停止使用方位推进器。

设置禁止/破坏区的好处是可以使得方位推进器在船鳍处免于充气，还可以避免推进 器-推进器交互，因为这些都会降低推进器施力的效率。

2。3。3 主螺旋桨和舵

通常情况下，主螺旋桨要设计的非常有效才可行。他们并不总是 DP 系统的一部 分，而主要用于推进船。现代 DP 系统可以使用他们来增加 DP 能力，但是精确估计 一个主螺旋桨/舵组合的能力也是非常困难的。通常，舵（也被看做是翼）的特点是 由升力和阻力系数来评估的。这些可以转化成桨/舵组合生产力占系柱力的百分比曲 线，但是仍有很多因素没有考虑进去，比如影响升力的船体形状和由舵产生的升力。 船尾的主螺旋桨和舵如图 2-2(c)所示。

2。4 电力系统

电力系统通常由多个发电机和一些在船上分配能量的配电盘组成。当一台发电机 将要失灵，配电盘可以切换到另一个发电机工作来保持某些重要组件的功能。因为 D P 系统很容易受到停电影响，所以电源管理系统非常重要并且要很稳定才行。

2。5 控制系统

DP 控制系统是形成整个 DP 系统的大脑。所有信息一起来控制信号并送往执行 机构。DP 控制系统的框图如图 2-3 所示。首先，观测器（卡尔曼滤波[9~10]）从产生的 推力和测量的数据估计当前状态。然后，控制器根据当前状态计算需要的力和力矩并 设定目标状态。这些信息被发送到推力分配器。推力分配器分配推力到所有执行器， 并尽最大能力试图满足给定要求。当在做这些事时，分配器还试图最小化能量消耗。 在分配推力时，分配器甚至可以把推进器-推进器交互和推进器-船体交互考虑进去。

2。6 论文的研究目标

图 2-3推力分配器嵌入到 DP 系统

本论文主要研究推力分配问题。拉格朗日乘数法自身使用推力分配，不能为带有 禁止破坏区和螺旋桨/舵组合进行 DP 计算。因此一个新的、更好的推力分配算法需要

开发。考虑到所需要的力和力矩和带有需要执行信息的船结构，新的推力分配算法可 以全尺度 DP 计算，包括隧道（固定）推进器，带有禁止区/破坏区的方位推进器和主 螺旋桨/舵组合。这样做的同时也能保证最小化能量消耗。

第三章