本书详尽地论述了动力定位技术及其应用，重点总结并深入研究了推动船舶动力定位技术进步的若干理论和关键技术，总结了作者多年来从事动力定位领域研究的成果。内容包括坐标系统及其变换、船舶运动数学模型、海洋环境模型、动力定位系统的数据处理和数据融合、动力定位系统的数据滤波与状态估计、船舶动力定位控制方法、测量系统、推进系统、动力系统、动力定位系统设计、船舶动力定位系统、动力定位船舶作业，以及有关动力定位的指南和规范等。
本书是国内第一部有关动力定位方面的专业著作，是作者近30年来有关船舶动力定位方面的教学和科学研究经验的积累和总结，同时吸收了国内外相关的重要参考文献的精华，力求反映当今该领域的新思想、新观点、新动态和新的技术及学术水平。
本书可作为船舶与海洋工程领域科学工作者和工程技术人员的参考书，也可供自动控制类及海洋工程专业的高校师生选用，同时也适于对动力定位技术感兴趣的其他专业人员阅读参考。
样章试读
目录
- 前言
第一部分 数学模型
第1章 绪论
1.1 船舶动力定位的定义
1.2 船舶动力定位的发展史
1.2.1 动力定位产生的背景
1.2.2 动力定位系统的技术发展现状
1.3 船舶动力定位简介
1.3.1 动力定位系统工作原理
1.3.2 船舶动力定位的基本功能
1.3.3 动力定位的分级
1.4 国际组织和船级社
1.4.1 国际组织
1.4.2 船级社
第2章 坐标系统
2.1 概述
2.2 地球中心惯性坐标系
2.3 地球中心固定坐标系
2.4 WGS-84坐标系
2.5 通用横向墨卡托投影坐标系统
2.6 北东坐标系
2.7 船体坐标系
2.8 船体平行坐标系
第3章 船舶运动数学模型
3.1 运动学
3.1.1 运动变量定义
3.1.2 船体坐标系与北东坐标系之间的转换
3.1.3 船舶运动学
3.2 动力学
3.2.1 刚体动力学
3.2.2 船舶水动力和力矩
3.2.3 水动力的无因次体系
3.3 船舶运动数学模型
3.3.1 六自由度非线性运动方程
3.3.2 六自由度线性运动方程
3.3.3 单自由度直航模型
3.3.4 单自由度自动驾驶仪模型
3.3.5 二自由度线性操纵模型
3.3.6 三自由度水平面运动模型
3.3.7 纵荡-垂荡-纵摇三自由度运动模型
3.3.8 横荡-横摇-艏摇三自由度运动模型
第4章 海洋环境模型
4.1 风的模型
4.1.1 相对风速和相对风向
4.1.2 风力与风力矩系数
4.2 海浪的模型
4.2.1 风级、浪级和海况的定义
4.2.2 波能谱公式
4.2.3 海浪响应的线性模型
4.2.4 遭遇频率
4.2.5 海浪干扰力和干扰力矩
4.3 海流模型
4.3.1 海流对运动模型的影响
4.3.2 海流作用于船体的干扰力及力矩
第二部分 控制理论在船舶动力定位中的应用
第5章 动力定位的数据处理和数据融合
5.1 概述
5.1.1 多传感器数据融合的起源和发展
5.1.2 多传感器数据融合技术的分类
5.1.3 船舶动力定位数据处理和数据融合
5.2 位置参考系统数据处理
5.2.1 野值剔除
5.2.2 滤波
5.2.3 时间对准
5.2.4 空间对准
5.3 基于置信测度的融合算法
5.3.1 置信距离矩阵的计算
5.3.2 关系矩阵的确定
5.3.3 权值的计算
5.4 数据处理和融合算法仿真
5.4.1 计算机仿真
5.4.2 半实物仿真实验
第6章 动力定位的数据滤波与状态估计
6.1 卡尔曼滤波器的设计
6.1.1 卡尔曼滤波简介
6.1.2 数据滤波与状态估计中船舶运动数学模型
6.1.3 离散型卡尔曼估计滤波器的设计
6.1.4 扩展的离散时间卡尔曼估计滤波器设计
6.2 无源非线性估计滤波器设计
6.2.1 系统模型
6.2.2 估计滤波器方程
6.2.3 估计滤波器误差动态特性
6.2.4 稳定性分析
6.2.5 估计滤波器增益矩阵的确定
6.2.6 稳定性证明
6.3 非线性无源观测器的仿真案例
第7章 动力定位的控制方法
7.1 基于PID的动力定位船舶航迹保持控制
7.1.1 PID控制算法
7.1.2 PID控制算法的改进
7.1.3 动力定位船舶的低速航迹保持策略
7.1.4 动力定位船舶的高速航迹保持策略
7.1.5 低速航迹保持艏向控制器仿真
7.1.6 高速航迹保持艏向控制器设计与仿真
7.2 动力定位线性二次型(LQ)最优控制
7.2.1 LQ最优控制基本原理
7.2.2 动力定位控制系统的最优LQ设计
7.2.3 风前馈控制器的设计
7.2.4 动力定位LQ控制的仿真实验
7.3 基于MPC的动力定位控制器的设计
7.3.1 选用MPC用于动力定位系统的几点考虑
7.3.2 动力定位系统中的约束
7.3.3 基于MPC方法实现动力定位系统约束处理的原理
7.3.4 动态矩阵控制算法
7.3.5 动力定位MPC控制器的仿真实验
7.4 环境最优艏向控制
7.4.1 最优艏向的获得方法
7.4.2 李雅普诺夫稳定性定理
7.4.3 基于非线性反步设计法的环境最优艏向控制器
7.4.4 环境最优艏向控制器仿真实验及分析
第三部分 测量系统
第8章 位置参考系统
8.1 卫星定位系统
8.1.1 全球定位系统
8.1.2 差分全球定位系统
8.1.3 全球导航卫星系统
8.1.4 北斗
8.2 水声位置参考系统
8.2.1 概述
8.2.2 长基线系统
8.2.3 短基线系统
8.2.4 超短基线系统
8.3 Artemis微波位置参考系统
8.3.1 Artemis工作原理
8.3.2 Artemis系统功能特点
8.3.3 Artemis Mk IV系统
8.4 张紧索系统
8.4.1 概述
8.4.2 张紧索的几何推算
8.4.3 三种张紧索系统
8.5 激光位置参考系统
8.5.1 Fanbeam
8.5.2 CyScan
第9章 动力定位系统其他传感器
9.1 艏向传感器
9.1.1 电罗经简介
9.1.2 NAVIGAT X MK 1型数字电罗经
9.2 风传感器
9.2.1 皮托管式风传感器
9.2.2 螺旋桨风传感器
9.2.3 超声波风传感器
9.2.4 霍尔效应电磁风传感器
9.2.5 热线、热膜式风传感器
9.3 垂直运动传感器
9.3.1 MRU简介
9.3.2 Kongsberg Seatex MRU 5
第四部分 推进系统和动力系统
第10章 推进系统
10.1 概述
10.2 推进器的形式和原理
10.2.1 主推进器
10.2.2 槽道推进器
10.2.3 全回转推进器
10.2.4 吊舱推进器
10.2.5 喷水推进器
10.3 推进系统的数学模型
10.3.1 敞水螺旋桨的推力和转矩
10.3.2 船体与螺旋桨的相互作用
10.3.3 推进器效率
10.3.4 螺旋桨流体动力的计算模型
10.4 喷水推进器的一般特性
10.4.1 船舶航行推力与阻力平衡方程
10.4.2 喷水推进器能头平衡方程
第11章 动力系统
11.1 概述
11.2 动力系统组成
11.3 电力系统
11.3.1 概述
11.3.2 动力定位船舶的发电系统
11.3.3 动力定位船舶的供配电系统
11.3.4 动力定位船舶的负载系统
11.3.5 动力定位船舶的输电系统
11.4 动力系统可靠性的保障
11.4.1 冗余电路
11.4.2 电力系统保护
11.4.3 应急电力系统
11.5 电站监控和运行管理系统
11.5.1 电力参数监测显示及报警
11.5.2 发电机的启动和停车控制
11.5.3 分级卸载功能
11.5.4 重载的启动询问
11.5.5 停电恢复功能
11.5.6 电站运行情况记录
第五部分 船舶动力定位系统
第12章 动力定位系统设计
12.1 概述
12.2 推进器布置
12.2.1 简单的推进器布置
12.2.2 推进器布置规则
12.3 动力定位系统的组成与配置
12.3.1 动力定位系统的组成
12.3.2 动力定位系统的配置和分级
12.4 动力定位能力计算
12.4.1 概述
12.4.2 有关动力定位能力计算的说明
12.5 中国船级社有关动力定位系统的相关说明
12.5.1 附加标志
12.5.2 定义
12.5.3 故障模式与影响分析
第13章 动力定位系统功能和组成
13.1 概述
13.2 动力定位的模式与功能
13.2.1 动力定位的模式
13.2.2 动力定位的特种功能
13.3 动力定位系统的基本组成
13.4 动力定位产品介绍
第14章 动力定位船舶作业
14.1 概述
14.2 潜水支持作业
14.3 勘察和ROV支持作业
14.4 海床开沟机作业
14.5 铺管作业
14.6 倾倒岩石作业
14.7 采砂挖泥作业
14.8 铺缆与维修作业
14.9 起重船作业
14.10 移动式海底钻井平台作业
14.11 油轮作业
14.12 浮式生产储存装载单元作业
14.13 其他功能和作业
参考文献
京公网安备 11010102004214号