付光俊
青岛北海船舶重工有限责任公司，山东 青岛 266000
摘要：近年来，我国的船舶工程建设的发展迅速，目前自动化机舱主动力装置由主机、高弹性联轴器以及尾轴等组成。分析机舱动力装置，必须清楚不同动力装置之间的协调作用和关联性，以便对动力系统有更加清晰的了解。
关键词：船舶动力系统；现状；发展趋势分析
引言
随着船舶工业的发展，现代化船舶正呈现出快速化、大型化、以及自动化发展趋势，动力系统如何提升其可靠性以及经济性，已受到业内人士的高度关注。船舶动力系统作为整船的核心部位，其运行质量不仅关系着船舶航行的动力性，同时还与航行的稳定性、可靠性、经济性水平存在密切的关联。因此，对船舶动力系统研究现状以及发展趋势进行深入分析，有着非常积极的现实意义与价值。
1、船舶动力系统现状
1.1传统柴油动力系统
在船舶动力系统中，柴油机动力系统具有非常突出的应用优势，包括功率水平高、安全系数高等，基于这些优势，船舶动力系统以柴油机动力系统为首选方案，一般情况下，可以根据柴油机装置的驱动形式对其进行分类，包括二冲程柴油机动力系统以及四冲程柴油机动力系统这两类。上述两类柴油机动力系统的最显著区别体现在转速上。前者转速偏低，在将其应用于船舶动力系统的过程中，多经直接驱动螺旋桨的方式为船舶前进提供动力支持，同时，受转速偏低这一特性的影响，使其在大规模传播以及需远洋船舶中也有着极为突出的应用价值。而与之对比，四冲程柴油机动力系统转速偏高，主要原因是其经过了齿轮箱的降速处理再应用于螺旋桨驱动过程当中，因此对于小规模船舶工程动力驱动系统而言有良好的适应性。当前技术条件支持下，柴油动力系统在我国船舶动力系统研究领域中有着极为广泛的应用价值，柴油机动力系统研发、操作人员技术要求高，进一步凸显了该系统的核心应用价值。
1.2燃气轮机动力系统
燃气轮机动力系统同样在船舶动力系统中有着非常广泛的应用价值与性能优势。相较于前文中所推到的柴油机动力系统而言，燃气轮机动力系统应用于船舶动力系统领域中的优势主要体现在整体质量以及尺寸这两个方面，并且其加速性能理想，能够适用于高速客船的应用需求。但燃汽轮机也有着非常明显的缺点，其中最主要的缺点就是燃汽轮机不能实现燃油的充分燃烧。一般的燃汽轮机都需要使用更加清洁的蒸馏油，而且蒸馏油的价格昂贵，如果燃汽轮机不能做到燃油的充分燃烧，那么船舶的耗油量就会提升，船舶的运行成本也会增加。基于这一原因，燃汽轮机也不能被大多数的船舶公司所应用。但是，燃汽轮机的整体质量比较小，重量轻，如果在船舶中装备柴油机组合装置，那么就可以充分发挥燃汽轮机的真正价值，也可以扩大燃汽轮机的适用范围。
2、智能动力系统的系泊试验
系泊试验是在机电设备和其系统安装结束的基础上进行的，通过对机电设备的调整及性能试验，以验证机电设备是否达到原设计性能，是否满足船舶设计、船检规范和系泊试验大纲规定的要求。系泊试验的依据是GB/T3471-2011海船系泊及航行试验通则。系泊试验是在船厂码头上进行的，船舶基本上处于一种静止状态，又受到码头堤岸的限制，因此，主机、辅机、轴系、各种设备、系统等都不能进行全负荷运转试验，这是系泊试验的局限性。利用本船的智能动力系统进行系泊试验，可以大大优化以上传统系泊试验的流程和工作量，只要智能系统安装到位，以上提及的试验内容几乎可以同时进行。这就大大缩短了试验时间和工作强度。智能动力系统的系泊试验也有其局限性，比如这类试验必须在智能系统安装到位的前提下进行，同时由于不进行全负荷运转试验，有些工况数据无法从系泊试验时获得。
智能动力系统系泊试验，应无需增加额外的要求，能利用已安装到船上的系统设备，自动测取（但不限于）以下的数据，并应在集控室的控制台上在线显示、同步保存于机舱的专用数据库中。
3、船舶DP控制策略研究方向
船舶DP控制系统未来研究方向可概括为两类：一类是从控制理论方法本身发展和创新；另一类是从满足新的需求方面研究，如水下平台、解决复杂环境（如极限海况、冰区）和高控制要求（如精度、响应时间）等问题。
3.1模糊自适应控制策略
模糊自适应控制方法由于对系统模型精确性要求不高，其万能逼近特性可以解决船舶运动控制模型难建立、任务过程中船舶状态变化导致模型的改变、未知外界环境力等问题。然而现今动力定位工程应用中尚无此控制方法，因此，基于模糊自适应控制策略的DP控制系统应首先实现工程应用，然后再解决控制输入受限、饱和等复杂问题。此外，如何在模糊自适应DP控制策略中解决传感器存在的量测噪声问题，也需要进一步研究。
3.2模型预测控制策略
基于预测控制策略的DP系统已成功应用于各类船舶，但目前所有DP系统船舶都对海况有严格要求，这主要受制于船舶排水量、推进器功率、船体型线、响应时间等因素。基于PID控制和滑模变节构控制的动力定位控制系统均能满足极限海况条件，预测控制策略能否应用于极限海况仍需开展试验以及实船验证。预测控制核心在于滚动优化，保证每一步控制输出为最优，这不可避免地导致DP系统的调节时间变长，如何更加快速地完成动力定位，需开展更深入的研究工作。
3.3水下平台DP控制策略
当前DP系统主要针对水面船舶设计，控制对象为船舶的位置、首向或航迹，而对于水下无人潜器、潜艇尚无动力定位产品。事实上随着海洋作业的多样化发展，水下平台同样存在动力定位需求。如水下潜器从事某种特殊定点作业，潜艇悬停等，要实现水下动力定位，控制对象至少包括水深、纵倾和横倾。由此可见，水下平台动力定位控制比水面平台更加复杂，开展对水下平台的DP控制策略相关研究工作无论从理论方面还是从工程应用方面都将意义深远。
3.4多DP船舶协同控制策略
随着水面船舶DP技术迅速发展成熟，单艘船舶作业能力限制的问题越来越突出，而多艘DP船舶相互协调作业则具有更大的优势，可大幅提高作业的效率，具有容错性强和适应性强等优点。如航行补给、资源勘探、移动式海上基地和破冰船护航等，往往需要多艘船舶相互协调才能共同完成任务。国内外目前已有较多学者进行过研究，但实际应用却很少，协调编队控制仍将是值得研究的方向。
4、结语
现阶段船舶轮机自动化船舱动力装置已经技术成熟，自动化装置发展也已经走向完全成熟阶段，自动化装置的成熟意味着船舶轮机在发展过程中，需要对技术进行更加细致的优化。就当前技术发展走向，船舶轮机自动化需要走向智能化。船舶轮机自动化机舱动力装置走向智能化，意味着船舶自动化需要不断优化智能技术，让船舶轮机自动化装置能够更加精细化控制，精细化控制意味着船舶轮动力装置需要不断优化发展，通过智能控制提高柴油机的整体燃烧效率，从而提高动力系统性能，能够保障在不同环境中自动匹配不同状态的动力驱动，从动力系统控制角度提高船舶轮机的经济性。
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