随着人类对海洋资源不断的开发和利用,海洋装备技术也取得了迅速的发展。为了解决某些海洋装备如船舶、平台等需要在特定位置进行作业或作业水深和精度的要求比较高等问题,一种称之为动力定位的船舶控制技术应运而生。动力定位系统(Dynamic Positioning System)是一种依靠各种传感器和推进器使船舶在海上保持一定位置的闭环控制系统。它广泛应用于船舶的定点作业、海底管道铺设、海上救助等海上工程领域。由于海上复杂多变的海洋环境对动力定位系统的可靠性与安全提出巨大挑战,人们开始对动力定位系统的冗余技术展开研究。
本文深入研究了冗余动力定位系统的同步表决技术,并对其涉及的故障检测与隔离、系统重组等技术也进行了研究。文中在设计了三冗余动力定位系统结构的基础上进行了同步表决器的软硬件设计与实现,并对其进行了功能性验证。主要内容如下:首先,论文阐述了该课题的研究目的与意义,综合分析了国内外在冗余容错方面做出的成果以及冗余容错技术在动力定位系统上的应用前景。其次,介绍了冗余容错中常用的技术,分析了硬件冗余容错中的双机冗余结构和三机冗余结构,并对其可靠性、优缺点等进行了分析,进而根据分析结果确定了动力定位系统的三机冗余结构,然后对三机冗余结构中的关键技术如同步、表决、故障检测与隔离、系统重组等进行了深入的研究。然后,针对设计的三机冗余结构,对冗余动力定位系统中的表决器进行了详细设计,根据冗余动力定位系统的要求和同步表决器的功能设计了表决器的总体方案,并依此进行了表决器的硬件电路设计和逻辑电路设计等。再次,根据三机冗余动力定位系统的功能及特点,完成了系统的软件设计,包括软件平台的选择、软件总体设计、通信协议设计以及数据同步、表决、故障检测与隔离、系统重组等的软件实现等。最后,对本文设计的三冗余动力定位系统进行了试验验证。首先介绍了测试的软硬件环境。然后针对系统要实现的功能分别测试了系统同步性能,表决算法和故障隔离与系统重组性能,最后对系统的测试结果进行了分析并得出测试结论。
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