內容簡介
船舶動力定位目錄
前言
第一部分 數學模型
第1章 緒論
1.1 船舶動力定位的定義
1.2 船舶動力定位的發展史
1.2.1 動力定位產生的背景
1.2.2 動力定位系統的技術發展現狀
1.3 船舶動力定位簡介
1.3.1 動力定位系統工作原理
1.3.2 船舶動力定位的基本功能
1.3.3 動力定位的分級
1.4 國際組織和船級社
1.4.1 國際組織
1.4.2 船級社
第2章 坐標系統
2.1 概述
2.2 地球中心慣性坐標系
2.3 地球中心固定坐標系
2.4 WGS-84坐標系
2.5 通用橫向墨卡托投影坐標系統
2.6 北東坐標系
2.7 船體坐標系
2.8 船體平行坐標系
第3章 船舶運動數學模型
3.1 運動學
3.1.1 運動變數定義
3.1.2 船體坐標系與北東坐標系之間的轉換
3.1.3 船舶運動學
3.2 動力學
3.2.1 剛體動力學
3.2.2 船舶水動力和力矩
3.2.3 水動力的無因次體系
3.3 船舶運動數學模型
3.3.1 六自由度非線性運動方程
3.3.2 六自由度線性運動方程
3.3.3 單自由度直航模型
3.3.4 單自由度自動駕駛儀模型
3.3.5 二自由度線性操縱模型
3.3.6 三自由度水平面運動模型
3.3.7縱盪-垂盪-縱搖三自由度運動模型
3.3.8 橫盪-橫搖-艏搖三自由度運動模型
第4章 海洋環境模型
4.1 風的模型
4.1.1 相對風速和相對風向
4.1.2 風力與風力矩係數
4.2 海浪的模型
4.2.1 風級、浪級和海況的定義
4.2.2波能譜公式
4.2.3 海浪回響的線性模型
4.2.4 遭遇頻率
4.2.5 海浪干擾力和干擾力矩
4.3 海流模型
4.3.1 海流對運動模型的影響
4.3.2 海流作用於船體的干擾力及力矩
第二部分 控制理論在船舶動力定位中的套用
第5章 動力定位的數據處理和數據融合
5.1 概述
5.1.1 多感測器數據融合的起源和發展
5.1.2 多感測器數據融合技術的分類
5.1.3 船舶動力定位數據處理和數據融合
5.2 位置參考系統數據處理
5.2.1 野值剔除
5.2.2 濾波
5.2.3 時間對準
5.2.4 空間對準
5.3 基於置信測度的融合算法
5.3.1 置信距離矩陣的計算
5.3.2 關係矩陣的確定
5.3.3 權值的計算
5.4 數據處理和融合算法仿真
5.4.1 計算機仿真
5.4.2 半實物仿真實驗
第6章 動力定位的數據濾波與狀態估計
6.1 卡爾曼濾波器的設計
6.1.1 卡爾曼濾波簡介
6.1.2 數據濾波與狀態估計中船舶運動數學模型
6.1.3 離散型卡爾曼估計濾波器的設計
6.1.4 擴展的離散時間卡爾曼估計濾波器設計
6.2 無源非線性估計濾波器設計
6.2.1 系統模型
6.2.2 估計濾波器方程
6.2.3 估計濾波器誤差動態特性
6.2.4 穩定性分析
6.2.5 估計濾波器增益矩陣的確定
6.2.6 穩定性證明
6.3 非線性無源觀測器的仿真案例
第7章 動力定位的控制方法
7.1 基於PID的動力定位船舶航跡保持控制
7.1.1 PID控制算法
7.1.2 PID控制算法的改進
7.1.3 動力定位船舶的低速航跡保持策略
7.1.4 動力定位船舶的高速航跡保持策略
7.1.5 低速航跡保持艏向控制器仿真
7.1.6 高速航跡保持艏向控制器設計與仿真
7.2 動力定位線性二次型(LQ)最優控制
7.2.1 LQ最優控制基本原理
7.2.2 動力定位控制系統的最優LQ設計
7.2.3 風前饋控制器的設計
7.2.4 動力定位LQ控制的仿真實驗
7.3 基於MPC的動力定位控制器的設計
7.3.1 選用MPC用於動力定位系統的幾點考慮
7.3.2 動力定位系統中的約束
7.3.3 基於MPC方法實現動力定位系統約束處理的原理
7.3.4 動態矩陣控制算法
7.3.5 動力定位MPC控制器的仿真實驗
7.4 環境最優艏向控制
7.4.1 最優艏向的獲得方法
7.4.2李雅普諾夫穩定性定理
7.4.3 基於非線性反步設計法的環境最優艏向控制器
7.4.4 環境最優艏向控制器仿真實驗及分析
第三部分 測量系統
第8章 位置參考系統
8.1 衛星定位系統
8.1.1 全球定位系統
8.1.2差分全球定位系統
8.1.3 全球導航衛星系統
8.1.4 北斗
8.2 水聲位置參考系統
8.2.1 概述
8.2.2 長基線系統
8.2.3 短基線系統
8.2.4 超短基線系統
8.3Artemis微波位置參考系統
8.3.1 Artemis工作原理
8.3.2 Artemis系統功能特點
8.3.3 Artemis Mk IV系統
8.4 張緊索系統
8.4.1 概述
8.4.2 張緊索的幾何推算
8.4.3 三種張緊索系統
8.5 雷射位置參考系統
8.5.1 Fanbeam
8.5.2 CyScan
第9章 動力定位系統其他感測器
9.1 艏向感測器
9.1.1 電羅經簡介
9.1.2 NAVIGAT X MK 1型數字電羅經
9.2 風感測器
9.2.1 皮托管式風感測器
9.2.2 螺鏇槳風感測器
9.2.3 超音波風感測器
9.2.4 霍爾效應電磁風感測器
9.2.5 熱線、熱膜式風感測器
9.3 垂直運動感測器
9.3.1MRU簡介
9.3.2 Kongsberg Seatex MRU 5
第四部分 推進系統和動力系統
第10章 推進系統
10.1 概述
10.2 推進器的形式和原理
10.2.1 主推進器
10.2.2 槽道推進器
10.2.3 全迴轉推進器
10.2.4 吊艙推進器
10.2.5 噴水推進器
10.3 推進系統的數學模型
10.3.1 敞水螺鏇槳的推力和轉矩
10.3.2 船體與螺鏇槳的相互作用
10.3.3 推進器效率
10.3.4 螺鏇槳流體動力的計算模型
10.4 噴水推進器的一般特性
10.4.1 船舶航行推力與阻力平衡方程
10.4.2 噴水推進器能頭平衡方程
第11章 動力系統
11.1 概述
11.2 動力系統組成
11.3 電力系統
11.3.1 概述
11.3.2 動力定位船舶的發電系統
11.3.3 動力定位船舶的供配電系統
11.3.4 動力定位船舶的負載系統
11.3.5 動力定位船舶的輸電系統
11.4 動力系統可靠性的保障
11.4.1 冗餘電路
11.4.2 電力系統保護
11.4.3 應急電力系統
11.5 電站監控和運行管理系統
11.5.1 電力參數監測顯示及報警
11.5.2 發電機的啟動和停車控制
11.5.3分級卸載功能
11.5.4 重載的啟動詢問
11.5.5 停電恢復功能
11.5.6 電站運行情況記錄
第五部分 船舶動力定位系統
第12章 動力定位系統設計
12.1 概述
12.2 推進器布置
12.2.1 簡單的推進器布置
12.2.2 推進器布置規則
12.3 動力定位系統的組成與配置
12.3.1 動力定位系統的組成
12.3.2 動力定位系統的配置和分級
12.4 動力定位能力計算
12.4.1 概述
12.4.2 有關動力定位能力計算的說明
12.5 中國船級社有關動力定位系統的相關說明
12.5.1 附加標誌
12.5.2 定義
12.5.3故障模式與影響分析
第13章 動力定位系統功能和組成
13.1 概述
13.2 動力定位的模式與功能
13.2.1 動力定位的模式
13.2.2 動力定位的特種功能
13.3 動力定位系統的基本組成
13.4 動力定位產品介紹
第14章 動力定位船舶作業
14.1 概述
14.2 潛水支持作業
14.3 勘察和ROV支持作業
14.4 海床開溝機作業
14.5 鋪管作業
14.6 傾倒岩石作業
14.7 采砂挖泥作業
14.8 鋪纜與維修作業
14.9 起重船作業
14.10 移動式海底鑽井平台作業
14.11 油輪作業
14.12 浮式生產儲存裝載單元作業
14.13 其他功能和作業
參考文獻
