船舶動力定位系統(tǒng)

1982年成立研究所打造“北颯”團隊

在30多年的研究中，哈爾濱工程大學教授邊信黔團隊和這個項目一同成長。這支科研團隊來自“海洋裝置與控制技術研究所”。1982年，研究所成立時，哈爾濱工程大學自動化學院教授、控制理論與控制工程學科帶頭人、博士生導師邊信黔給它起了個英姿颯爽的名字———北颯，既是“Best Sea Assembly Institude(BSA)”“最好的海洋裝備研究所”的英文音譯，又有“在北國英姿颯爽”的意譯。

1983年，團隊在國內率先著手研發(fā)船舶動力定位技術，首次在國內建立起風浪流作用下、船舶在動力定位狀態(tài)下的運動數(shù)學模型等關鍵問題，掌握了動力定位技術基本原理，成為國內首家具備生產一級(DP1)動力定位系統(tǒng)產品的研發(fā)基地，為我國在船舶動力定位技術研究領域的發(fā)展奠定了堅實基礎。

30余年過去了，團隊堅定于自己的研究方向，一直從事海洋運載器的控制理論和工程應用研究，即使在上個世紀80年代，科研項目較少時，也耐得住寂寞，坐住了冷板凳。多年后，在這厚厚的積淀上孕育出創(chuàng)新的果實，也就變得理所當然。如今，哈爾濱工程大學在動力定位系統(tǒng)領域已成為我國海軍和海洋工程領域無可替代的重要的技術依托力量。

組成“國家隊”協(xié)同創(chuàng)新合力制勝

該項目以自主研制DP3級最高級別的動力定位控制系統(tǒng)工程樣機為核心目標，在控制系統(tǒng)、推進系統(tǒng)等方面取得重大突破，掌握了該系統(tǒng)的設計、工程樣機研制、集成和海上試驗技術，開發(fā)出具有自主知識產權的DP3控制系統(tǒng)工程樣機。這是哈爾濱工程大學作為總體設計、技術主體和系統(tǒng)集成的牽頭單位，海洋石油工程股份公司作為海上實船試驗的責任單位，中國船舶工業(yè)集團第708研究所作為試驗船設計單位，武漢船用機械有限公司作為大功率全回轉推進器研制單位，中國船級社作為認證機構，組成“國家隊”開展研制工作，歷時4年協(xié)同創(chuàng)新取得的重大成果。

“高端裝備的國產化研發(fā)，必須組織優(yōu)勢互補的國家隊開展協(xié)同創(chuàng)新來實現(xiàn)。”該項目總指揮、哈爾濱工程大學副校長夏桂華教授說：“沒有項目成員長期合作基礎和聯(lián)合推動，這個制約我國高端海工裝備的瓶頸技術很難突破；沒有協(xié)同企業(yè)的重視和支持，專用試驗船舶等研制條件很難到位；沒有深海工程與高技術船舶協(xié)同創(chuàng)新中心聯(lián)通創(chuàng)新鏈條，這項技術將長期處于實驗室樣機階段，無法向產業(yè)化邁進。”

取得多項關鍵性技術“零的突破”

項目負責人邊信黔教授與團隊成員一起為這個集體營造出一種文化，將其凝煉成“敢想、敢為、敢贏,求真、求實、求嚴”的“十二字箴言”。這種求真求實求創(chuàng)新的精神，使涉及眾多學科，技術復雜、難度高的“DP3動力定位系統(tǒng)”取得了多項關鍵性技術突破。

——國內首套滿足國際海事組織對三級動力定位設備配置和功能要求的DP3控制系統(tǒng)工程樣機，獲中國船級社頒發(fā)的“船用產品證書”和系泊、航行及故障模式與影響分析試驗的“檢驗證明”，在國內實現(xiàn)了零的突破，填補了國內空白。

——在國內首次提出三級動力定位冗余功能所需的同步表決、仲裁邏輯、無縫切換等方法，研制出DP3系統(tǒng)的仲裁單元和冗余控制器，實船故障模式與影響分析試驗證明了系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可實現(xiàn)三冗余、雙冗余、單模之間的自動切換，可滿足海洋工程作業(yè)極高可靠性要求。

——在國內首次提出多傳感器時空信息融合算法，基于狀態(tài)自適應估計器的非線性模型預測動力定位控制算法，基于監(jiān)督和切換的推力分配優(yōu)化算法，開發(fā)了相應的實船應用軟件。實船試驗證明，該DP3系統(tǒng)實現(xiàn)了高精度和高可靠定位功能。

此外，該系統(tǒng)還提出了基于擴展卡爾曼濾波(EKF)的最優(yōu)狀態(tài)估計方法、設計制造調距型大功率全回轉舵槳、DP3級動力定位系統(tǒng)實船區(qū)域控位技術、陸基模擬船舶海上六自由度運動特性的DP3系統(tǒng)調試新方法、大功率高精度等高錐齒輪傳動機構的國產化設計與研制、大型全回轉舵槳裝置水下維護與健康狀態(tài)實時監(jiān)測等十余項填補國內空白的關鍵技術和方法。