動(dòng)力定位冗余控制器設(shè)計(jì)研究.pdf

1、隨著海洋工程的日漸發(fā)展，動(dòng)力定位系統(tǒng)(Dynamic Positioning System)如今已經(jīng)成為一些海上作業(yè)船舶必不可少的支持系統(tǒng)，應(yīng)用于船舶的定點(diǎn)作業(yè)、海底管道、電纜鋪設(shè)、海上救助等海上工程領(lǐng)域。由于動(dòng)力定位系統(tǒng)的可靠性直接影響海上作業(yè)以及人員的安全，因此，其可靠性也受到越來(lái)越多的關(guān)注，人們開始將冗余技術(shù)應(yīng)用于動(dòng)力定位系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)設(shè)備的冗余削弱故障的影響，保持正常作業(yè)，使其具備一定容忍故障能力。
　　本文以動(dòng)力定位冗余控

2、制器為研究對(duì)象，通過(guò)控制器冗余設(shè)計(jì)，使控制器輸出免受某些故障的影響，從而保證實(shí)時(shí)控制運(yùn)算結(jié)果的可靠性。該冗余設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)三臺(tái)控制計(jì)算機(jī)同步運(yùn)行；憑借控制器輸入、輸出表決屏蔽故障傳感器和控制器的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，輸出正確的控制指令；不斷檢測(cè)系統(tǒng)中正在發(fā)生的故障，明確故障類型是瞬時(shí)故障還是永久故障；永久故障時(shí)需要采取系統(tǒng)重構(gòu)措施，使系統(tǒng)面對(duì)故障時(shí)靈活調(diào)整自身結(jié)構(gòu)，以提高安全性。主要內(nèi)容如下：
　　首先，從冗余系統(tǒng)可靠性出發(fā)，結(jié)合動(dòng)力定位系統(tǒng)的要求

3、，設(shè)計(jì)了基于網(wǎng)絡(luò)通信的三冗余結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度，通過(guò)控制器輸入表決屏蔽傳感器故障，控制器輸出表決屏蔽控制器故障，對(duì)于系統(tǒng)有效控制輸出提供可靠保障。并且該結(jié)構(gòu)結(jié)合一定故障檢測(cè)機(jī)制，可以使動(dòng)力定位冗余控制器工作在三機(jī)冗余模式，雙機(jī)冗余模式，單機(jī)工作模式以及安全模式，提高了系統(tǒng)安全性。
　　其次，結(jié)合動(dòng)力定位系統(tǒng)周期任務(wù)的特點(diǎn)，采用三重化同步策略。周期同步采用具有容錯(cuò)功能并且同步誤差小的收斂非平均同步方法，該方法缺

4、點(diǎn)是故障機(jī)器恢復(fù)后無(wú)法自動(dòng)同步加入冗余系統(tǒng)。為此在周期同步之前加入一層入網(wǎng)同步，采用主從同步方法，周期內(nèi)關(guān)鍵點(diǎn)同步則采用任務(wù)級(jí)同步，通過(guò)三層同步盡可能保證三機(jī)任務(wù)的同步執(zhí)行。
　　再次，提出了預(yù)測(cè)優(yōu)化的改進(jìn)歷史信息加權(quán)平均表決算法。首先為了克服基于歷史信息的表決算法在狀態(tài)突變時(shí)安全性低的缺點(diǎn)，加入一致程度值和平滑程度值對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。在此基礎(chǔ)上為了改善多重故障時(shí)算法的安全性，利用灰色預(yù)測(cè)理論進(jìn)行性能優(yōu)化。
　　接著，為完善冗余