專利名稱：動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)的測(cè)試方法和系統(tǒng)的制作方法
介紹船舶的動(dòng)態(tài)定位(DP)系統(tǒng)被用于所謂的駐地保持，其中船舶能夠自動(dòng)維持固定位置或者在海中的預(yù)定軌跡而不需要使用錨或類似物。測(cè)試系統(tǒng)和測(cè)試方法對(duì)于促進(jìn)動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)的擴(kuò)展測(cè)試非常重要，以驗(yàn)證動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)船舶的安全和準(zhǔn)確定位。需要擴(kuò)展測(cè)試是由于以下事實(shí)動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)的成功運(yùn)行對(duì)于船舶安全、其它船舶和結(jié)構(gòu)、環(huán)境以及在動(dòng)態(tài)定位控制下其任務(wù)的完成都至關(guān)重要。動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)是一種復(fù)雜技術(shù)系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、大量傳感器、推進(jìn)器以及致動(dòng)器、機(jī)械、電力系統(tǒng)以及海事自動(dòng)系統(tǒng)。測(cè)試覆蓋與動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)的主要部件的交互相關(guān)的效果非常重要，其包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、電力系統(tǒng)、機(jī)械、電力總線、推進(jìn)器、位置參考系統(tǒng)以及致動(dòng)器。現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法對(duì)這些效果進(jìn)行所需的擴(kuò)展測(cè)試，因此促使本發(fā)明提出了一種動(dòng)態(tài)定位測(cè)試的新的系統(tǒng)和方法。
現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)有技術(shù)包括如下論述的國(guó)際專利申請(qǐng)WO9214216。此外，若干美國(guó)專利描述了船舶定位的方法和設(shè)備。1981年的US4301760描述了定位深海井上的鉆井船的方法。US5023791涉及一種自動(dòng)測(cè)試設(shè)備，其用于測(cè)試飛行器的飛行控制系統(tǒng)。1996年的US5523951描述了一種沿著期望的海底軌跡進(jìn)行自動(dòng)船舶駕駛的系統(tǒng)。US5260874描述了一種飛行器測(cè)試系統(tǒng)，其產(chǎn)生激勵(lì)以模擬飛行器在飛行中接收到的激勵(lì)，即飛行器必須著地。US5541863描述了航空電子設(shè)備的虛擬集成軟件試驗(yàn)臺(tái)。US6298318涉及一種實(shí)時(shí)慣性運(yùn)動(dòng)信號(hào)模擬。US6450112主張了一種船舶自動(dòng)定位的方法，其包括命令源，以輸入期望的船舶位置或者速度至控制規(guī)則，從而確定所需的動(dòng)力或力矩。動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)的部件動(dòng)態(tài)定位(DP)系統(tǒng)可以包括1.動(dòng)態(tài)定位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其包括DP計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)輸入/輸出系統(tǒng)和DP軟件；2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；3.電力系統(tǒng)，包括機(jī)械、發(fā)電機(jī)、電力管理系統(tǒng)(PMS)、電力總線和配電板、不中斷電源(UPS)、以及低高壓配電、其包括輔助設(shè)備，例如海事自動(dòng)化、燃料泵、制冷和循環(huán)泵等等；4.推進(jìn)器和船舵形式的推進(jìn)裝置，包括本地推進(jìn)器控制系統(tǒng)和水壓、制冷、海事自動(dòng)化等等的輔助系統(tǒng)；5.位置參考系統(tǒng)和傳感器形式的測(cè)量系統(tǒng)；6.操作站，其中，信息通過(guò)顯示器提供給操作員，以及操作員可以通過(guò)輸入命令(10)設(shè)備輸入命令至DP系統(tǒng)。
半實(shí)物仿真根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，DP控制系統(tǒng)通過(guò)半實(shí)物仿真進(jìn)行測(cè)試，其中DP控制系統(tǒng)連接到模擬器而不是船舶。模擬器從DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸入推進(jìn)器和船舵命令，并且計(jì)算通過(guò)這種推進(jìn)器和船舵命令而產(chǎn)生的船舶動(dòng)作。模擬器返回由測(cè)量系統(tǒng)產(chǎn)生的針對(duì)由模擬器計(jì)算的動(dòng)作的信號(hào)。在DP控制系統(tǒng)看來(lái)，其仿佛是連接到安裝在船舶上的設(shè)備，而實(shí)際上其連接到的是模擬器。DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以對(duì)該測(cè)試配置中的大范圍的操作設(shè)置和環(huán)境條件、故障情形和操作員命令進(jìn)行測(cè)試。這是非常有效并且非常重要的測(cè)試方法。
半實(shí)物仿真的主要限制在于，只有DP系統(tǒng)的一個(gè)孤立部分即DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被測(cè)試。但測(cè)試作為集成DP系統(tǒng)一部分的DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，從而測(cè)試推進(jìn)器系統(tǒng)內(nèi)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、電力管理系統(tǒng)、海事自動(dòng)化系統(tǒng)等等也是必要的。使用半實(shí)物仿真進(jìn)行測(cè)試的另一個(gè)缺陷在于，測(cè)試質(zhì)量依賴于模擬器中使用的數(shù)學(xué)模型的精度，即模型模仿實(shí)際船舶的所有交互部件的逼真度。對(duì)于船舶動(dòng)力，水力，測(cè)量系統(tǒng)，推進(jìn)器和船舵，精度可以非常高，并且在多數(shù)測(cè)試情況下可以獲得可靠結(jié)果。然而，電力系統(tǒng)非常復(fù)雜，其具有大量輸入/輸出信號(hào)以及非常高頻的動(dòng)力，截至本發(fā)明提交時(shí)，還不能期望在半實(shí)物仿真器中實(shí)際使用具有足夠精度的數(shù)學(xué)模型?；谝陨媳尘埃枰狣P系統(tǒng)的附加測(cè)試工具。
FMEA測(cè)試在已有實(shí)施中，DP系統(tǒng)根據(jù)故障模式和效果分析(FMEA)進(jìn)行測(cè)試。在FMEA測(cè)試中，識(shí)別了DP系統(tǒng)的大量關(guān)鍵故障模式，并且測(cè)試了DP系統(tǒng)如何處理這些故障模式。該測(cè)試是通過(guò)禁用設(shè)備并且讓設(shè)備出現(xiàn)錯(cuò)誤，并且在DP系統(tǒng)正常工作時(shí)斷開(kāi)連接并且重新連接DP系統(tǒng)的電纜和連接器而進(jìn)行的。此外，電子板可以被移除并且重新插入。執(zhí)行中斷測(cè)試，其中電力系統(tǒng)的部分被關(guān)閉。
以上所述的FMEA測(cè)試的測(cè)試格式可以認(rèn)為是強(qiáng)力式的，其中故障是通過(guò)“硬方式”進(jìn)行模擬的。其帶來(lái)了與電纜、連接器和電子板等損壞風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的問(wèn)題，以及當(dāng)系統(tǒng)在中斷測(cè)試之后重新啟動(dòng)時(shí)可能出現(xiàn)的問(wèn)題。而且，這種測(cè)試非常耗時(shí)。此外，還存在如下問(wèn)題，即某些期望的測(cè)試用例不能被執(zhí)行，因?yàn)樗鼈兛赡軐?dǎo)致過(guò)高成本，過(guò)長(zhǎng)的完成時(shí)間，或者對(duì)設(shè)備或人員構(gòu)成危險(xiǎn)。
與海運(yùn)控制公司(Marine Cybernetics AS)的先前專利申請(qǐng)的關(guān)系海運(yùn)控制(Marine Cybernetics)和挪威船級(jí)社(Det Norske Veritas)的專利申請(qǐng)NO2002 6284、NO2003 5861和PCT-NO 2003-000445提出了對(duì)海事控制系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)試的方法和系統(tǒng)。
本發(fā)明并非基于半實(shí)物仿真。作為替代，測(cè)試是由DP系統(tǒng)在其正常工作中運(yùn)行的情況下通過(guò)修改來(lái)自其它計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(例如海事自動(dòng)化系統(tǒng)，電力管理系統(tǒng)或者推進(jìn)器控制系統(tǒng)等)的測(cè)量信號(hào)或者狀態(tài)信號(hào)而進(jìn)行的。信號(hào)的修改可以在推進(jìn)器系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)等內(nèi)本地進(jìn)行，或者在海事自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)或在DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口處進(jìn)行。這樣，可以檢查整個(gè)DP系統(tǒng)上的傳感器故障的影響。這些傳感器故障可以包括信號(hào)丟失、恒定誤差，恒定或者變化的信號(hào)偏移，一個(gè)或多個(gè)傳感器的不良校準(zhǔn)，符號(hào)錯(cuò)誤等等。
與Edge Electronics公司的專利申請(qǐng)WO9214216的關(guān)系Edge Electronics的專利申請(qǐng)WO9214216在其與本發(fā)明相關(guān)的主權(quán)利要求中描述了具有如下要素的系統(tǒng)權(quán)利要求1一種如下類型的機(jī)動(dòng)車的交互式診斷系統(tǒng)，該類型的機(jī)動(dòng)車具有(i)傳感器和致動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)，用于獨(dú)立檢測(cè)并且致動(dòng)機(jī)動(dòng)車內(nèi)的大量不同功能，(ii)車載計(jì)算機(jī)，用于監(jiān)視所述傳感器并且控制所述致動(dòng)器的運(yùn)行，以及(iii)多個(gè)模塊，用于將所述車載計(jì)算機(jī)電連接到所述傳感器和致動(dòng)器，所述多個(gè)連接模塊包括機(jī)動(dòng)車側(cè)連接器，其具有分別與所述傳感器和致動(dòng)器連接的一系列機(jī)動(dòng)車側(cè)插頭端子；以及計(jì)算機(jī)側(cè)連接器，其可脫離地連接到所述機(jī)動(dòng)車側(cè)連接器，并且具有與計(jì)算機(jī)內(nèi)適當(dāng)電路連接的對(duì)應(yīng)的互補(bǔ)計(jì)算機(jī)側(cè)插頭端子，所述診斷系統(tǒng)包括(a)第一模塊，用于選擇性并且暫時(shí)性地?cái)嚅_(kāi)一個(gè)或多個(gè)所述機(jī)動(dòng)車側(cè)端子與對(duì)應(yīng)計(jì)算機(jī)側(cè)端子的連接，從而選擇性并且暫時(shí)性地將一個(gè)或多個(gè)特定傳感器和/或致動(dòng)器斷開(kāi)與所述計(jì)算機(jī)的連接；(b)第二模塊，當(dāng)所述一個(gè)或多個(gè)特定機(jī)動(dòng)車側(cè)端子斷開(kāi)與其對(duì)應(yīng)計(jì)算機(jī)側(cè)端子的連接時(shí)，所述第二模塊暫時(shí)性地可連接到所述一個(gè)或多個(gè)特定機(jī)動(dòng)車側(cè)端子，從而獨(dú)立于所述車載計(jì)算機(jī)，而控制所述一個(gè)或多個(gè)特定致動(dòng)器的運(yùn)行；以及(c)第三模塊，當(dāng)所述一個(gè)或多個(gè)特定計(jì)算機(jī)側(cè)端子斷開(kāi)與其對(duì)應(yīng)的機(jī)動(dòng)車側(cè)端子的連接時(shí)，所述第三模塊暫時(shí)性地可連接到所述一個(gè)或多個(gè)特定計(jì)算機(jī)側(cè)端子，從而獨(dú)立于一個(gè)或多個(gè)特定傳感器的實(shí)際運(yùn)行，而模擬所述一個(gè)或多個(gè)特定傳感器的運(yùn)行。
權(quán)利要求23一種診斷如下類型機(jī)動(dòng)車的方法，該類型機(jī)動(dòng)車具有(i)傳感器和致動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)，用于獨(dú)立檢測(cè)并且致動(dòng)機(jī)動(dòng)車內(nèi)的大量不同功能，(ii)車載計(jì)算機(jī)，用于監(jiān)視所述傳感器并且控制所述致動(dòng)器的運(yùn)行，以及(iii)多個(gè)模塊，用于將所述車載計(jì)算機(jī)電連接到所述傳感器和致動(dòng)器，所述連接模塊包括機(jī)動(dòng)車側(cè)連接器，其具有分別與所述傳感器和致動(dòng)器連接的一系列機(jī)動(dòng)車側(cè)插頭端子；以及計(jì)算機(jī)側(cè)連接器，其可脫離地連接到所述機(jī)動(dòng)車側(cè)連接器，并且具有與計(jì)算機(jī)內(nèi)的適當(dāng)電路連接的對(duì)應(yīng)的互補(bǔ)計(jì)算機(jī)側(cè)插頭端子，所述方法包括以下步驟(a)選擇性并且暫時(shí)性地?cái)嚅_(kāi)一個(gè)或多個(gè)所述機(jī)動(dòng)車側(cè)端子的連接，從而選擇性并且暫時(shí)性地將一個(gè)或多個(gè)特定傳感器和/或致動(dòng)器斷開(kāi)與所述計(jì)算機(jī)的連接；以及(b)獨(dú)立于所述車載計(jì)算機(jī)，而控制所述一個(gè)或多個(gè)特定斷開(kāi)連接的致動(dòng)器的運(yùn)行，和/或獨(dú)立于這些傳感器的實(shí)際運(yùn)行，而模擬所述一個(gè)或多個(gè)特定斷開(kāi)連接的傳感器的運(yùn)行。
根據(jù)專利申請(qǐng)WO9214216的權(quán)利要求，機(jī)動(dòng)車側(cè)致動(dòng)器的致動(dòng)器信號(hào)來(lái)自于車載計(jì)算機(jī)或者來(lái)自于獨(dú)立于所述車載計(jì)算機(jī)的第二模塊；按照相同方式，輸入到車載計(jì)算機(jī)的傳感器信號(hào)來(lái)自于機(jī)動(dòng)車側(cè)傳感器，或者來(lái)自于獨(dú)立于這些傳感器的實(shí)際運(yùn)行的第三模塊。
而且，應(yīng)當(dāng)注意，專利申請(qǐng)WO9214216中描述的診斷系統(tǒng)用于針對(duì)傳感器和致動(dòng)器通過(guò)多條單獨(dú)信號(hào)線路的網(wǎng)絡(luò)連接到機(jī)動(dòng)車計(jì)算機(jī)的機(jī)動(dòng)車，其中，各個(gè)信號(hào)線路將機(jī)動(dòng)車計(jì)算機(jī)連接到單個(gè)傳感器或者致動(dòng)器，并且其中，通過(guò)拔出連接器并將所述連接器連接到診斷系統(tǒng)，而將選定信號(hào)斷開(kāi)與計(jì)算機(jī)側(cè)或者機(jī)動(dòng)車側(cè)的連接。
對(duì)于專利申請(qǐng)WO9214216可以得出如下結(jié)論1.其并沒(méi)有考慮下面的情況通過(guò)向各個(gè)信號(hào)添加某個(gè)附加信號(hào)部分，或者通過(guò)為各個(gè)所述信號(hào)以一定偏移和增益來(lái)調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)所述信號(hào)，從而修改一個(gè)或多個(gè)特定傳感器或致動(dòng)器信號(hào)。
2.其并不允許出現(xiàn)下面的情況使用一個(gè)或多個(gè)傳感器信號(hào)和/或一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器信號(hào)，以計(jì)算一個(gè)或多個(gè)經(jīng)修改的傳感器信號(hào)，所述經(jīng)修改的傳感器信號(hào)待被輸入到車載計(jì)算機(jī)側(cè)傳感器信號(hào)端子。Edge使用或者拒絕單個(gè)傳感器的信號(hào)。
上述限制在DP系統(tǒng)測(cè)試時(shí)非常嚴(yán)重，但是在本專利申請(qǐng)中并不存在。

發(fā)明內(nèi)容
上述問(wèn)題可以使用本發(fā)明的實(shí)施例來(lái)克服，本發(fā)明提供了海事船舶控制系統(tǒng)的測(cè)試系統(tǒng)，用于從傳感器接收實(shí)際測(cè)量信號(hào)，并且輸出控制信號(hào)至致動(dòng)器，包括以下新穎特征——信號(hào)修改計(jì)算機(jī)用于被連接以接收一個(gè)或多個(gè)所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)，——所述信號(hào)修改計(jì)算機(jī)用于將所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)修改為經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)，所述經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)依賴于所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)的實(shí)際值；——所述信號(hào)修改計(jì)算機(jī)用于發(fā)送所述經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)至所述控制系統(tǒng)，所述一個(gè)或多個(gè)經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)輸入替代部分或者全部所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)輸入；——所述控制系統(tǒng)用于對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)和剩余的未受影響的實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)進(jìn)行作動(dòng)；——從而使所述控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)由所述經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)表示的錯(cuò)誤進(jìn)行測(cè)試的功能，所述經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)被設(shè)想為在一個(gè)或多個(gè)傳感器中出現(xiàn)。
本發(fā)明的其它特征定義在所附的從屬權(quán)利要求中。本發(fā)明還包括測(cè)試海事船舶控制系統(tǒng)的方法，所述系統(tǒng)從傳感器接收實(shí)際測(cè)量信號(hào)并且提供控制信號(hào)給致動(dòng)器，——連接信號(hào)修改計(jì)算機(jī)，并且接收一個(gè)或多個(gè)所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)，其特征在于——所述信號(hào)修改計(jì)算機(jī)將所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)修改為經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)，所述經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)依賴于所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)的實(shí)際值；——所述信號(hào)修改計(jì)算機(jī)發(fā)送所述經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)至所述控制系統(tǒng)，所述一個(gè)或多個(gè)經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)輸入替代部分或者全部所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)輸入；——所述控制系統(tǒng)對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)作動(dòng)，并且保持未受影響的實(shí)際測(cè)量信號(hào)；從而測(cè)試所述控制系統(tǒng)是否對(duì)由所述經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)表示的錯(cuò)誤按照期望的方式進(jìn)行作動(dòng)，所述經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)被設(shè)想為在一個(gè)或多個(gè)傳感器中出現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的方法的其它步驟被包括在所述方法權(quán)利要求的從屬權(quán)利要求中。


在附圖中示出了本發(fā)明，這些附圖僅應(yīng)被認(rèn)為是用于說(shuō)明本發(fā)明，而并不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍僅由所附的權(quán)利要求書(shū)來(lái)界定。
圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的船舶0，其具有傳感器8來(lái)發(fā)送傳感器信號(hào)7至控制系統(tǒng)2，該控制系統(tǒng)2也從命令控制臺(tái)10接收命令控制信號(hào)，所述控制信號(hào)提供命令信號(hào)給致動(dòng)器，例如螺旋槳16，推進(jìn)器17以及船舵18；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖，其中信號(hào)修改計(jì)算機(jī)80插入在控制系統(tǒng)2的前面。其還顯示了命令輸入控制臺(tái)10。信號(hào)線路可以為多個(gè)串行線路；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明可替換實(shí)施例的系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖，其使用計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)，以發(fā)送來(lái)自傳感器的傳感器信號(hào)至信號(hào)修改計(jì)算機(jī)80，并且發(fā)送經(jīng)修改的傳感器信號(hào)至控制系統(tǒng)2，所述控制系統(tǒng)提供控制信號(hào)給船舶的致動(dòng)器。
根據(jù)本發(fā)明的DP系統(tǒng)接口的優(yōu)選實(shí)施例的描述根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)可以具有大量不同的接口配置。根據(jù)已有實(shí)施，DP系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)為使得DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接到測(cè)量網(wǎng)絡(luò)和致動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)，其中測(cè)量網(wǎng)絡(luò)和致動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)為以太網(wǎng)，通常設(shè)計(jì)為冗余網(wǎng)絡(luò)。測(cè)量網(wǎng)絡(luò)和/或致動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)可替換地可以由冗余的現(xiàn)場(chǎng)總線或者控制器局域網(wǎng)絡(luò)總線(CAN-bus)通信替代，或者由無(wú)線電通信系統(tǒng)替代。某些傳感器可以通過(guò)諸如RS232、RS422或者RS485等的串行線路或者通過(guò)模擬和數(shù)字信號(hào)線路直接連接到DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
DP系統(tǒng)的硬件接口具有輸入/輸出板，所述輸入/輸出板包括串行接口、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字接口，以及信號(hào)調(diào)理，該硬件接口可以集成在DP計(jì)算機(jī)機(jī)柜內(nèi)或者分布在船舶上。這種分布式硬件接口可以位于專用接口電子單元中或者連接到測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)內(nèi)。這種硬件接口還可以被集成在船舶上的海事自動(dòng)化系統(tǒng)計(jì)算機(jī)或者可編程邏輯計(jì)算機(jī)(PLC)內(nèi)。
使用串行線路的本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例考慮下面一種DP系統(tǒng)，其中1.DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)諸如RS422之類的串行線路連接到位置參考系統(tǒng)，并且其中，所述測(cè)量系統(tǒng)的其余傳感器通過(guò)諸如RS422之類的串行線路或者通過(guò)模擬信號(hào)線路，連接到DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
2.DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或者通過(guò)硬連線的模擬或者數(shù)字信號(hào)，連接到推進(jìn)器系統(tǒng)，該計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通常為運(yùn)行UDP協(xié)議的冗余或者非冗余的以太網(wǎng)。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，外部信號(hào)修改計(jì)算機(jī)用于測(cè)試目的。該信號(hào)修改計(jì)算機(jī)用于運(yùn)行專門開(kāi)發(fā)的信號(hào)修改算法。在測(cè)試中，來(lái)自位置參考系統(tǒng)和/或測(cè)量系統(tǒng)的其它傳感器的一個(gè)或多個(gè)串行線路被斷開(kāi)與DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的連接，并且連接到信號(hào)修改計(jì)算機(jī)。各個(gè)所述串行線路被從信號(hào)修改計(jì)算機(jī)至DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的串行線路所替代，因此輸入到DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的傳感器信號(hào)是在信號(hào)修改計(jì)算機(jī)中生成，即經(jīng)修改的信號(hào)。
所述信號(hào)修改計(jì)算機(jī)并不是信號(hào)模擬器。所述信號(hào)修改計(jì)算機(jī)接收一個(gè)或多個(gè)傳感器信號(hào)，這些傳感器信號(hào)在正常工作時(shí)會(huì)被輸入到DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。信號(hào)修改計(jì)算機(jī)為了測(cè)試目的，基于輸入到信號(hào)修改計(jì)算機(jī)的一個(gè)或多個(gè)傳感器信號(hào)的信號(hào)，計(jì)算所述傳感器信號(hào)的新值。所述傳感器信號(hào)的新值以最小內(nèi)部延遲方式，經(jīng)由從信號(hào)修改計(jì)算機(jī)至DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的串行線路，傳輸?shù)紻P計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
隨后，對(duì)DP系統(tǒng)進(jìn)行如下測(cè)試1.DP系統(tǒng)的DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、推進(jìn)器系統(tǒng)以及操作站運(yùn)行于其正常工作模式下。
2.信號(hào)修改計(jì)算機(jī)從測(cè)量系統(tǒng)連續(xù)接收一個(gè)或多個(gè)傳感器信號(hào)，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所述一個(gè)或多個(gè)傳感器信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)經(jīng)修改的傳感器信號(hào)，其中所述經(jīng)修改的傳感器信號(hào)是在信號(hào)修改計(jì)算機(jī)內(nèi)使用依賴于所述傳感器信號(hào)的實(shí)際值的算法而計(jì)算的，信號(hào)修改計(jì)算機(jī)輸出所述一個(gè)或多個(gè)經(jīng)修改的傳感器信號(hào)至DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例可以將本發(fā)明表示為海事船舶控制系統(tǒng)(2)的測(cè)試系統(tǒng)，用于從傳感器(8)接收實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)，并且輸出控制信號(hào)(13)至致動(dòng)器(16，17，18)。
連接信號(hào)修改計(jì)算機(jī)(80)，以接收一個(gè)或多個(gè)所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)。
信號(hào)修改計(jì)算機(jī)(80)用于優(yōu)選地在相對(duì)較短時(shí)間內(nèi)，將實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)修改為經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)。實(shí)際測(cè)量信號(hào)的修改不是隨機(jī)的，而是基于所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)的實(shí)際值而進(jìn)行的。例如，兩個(gè)或者更多GPS傳感器中的一個(gè)GPS傳感器發(fā)出的位置信號(hào)包括經(jīng)度和緯度，可以使用恒定或者變化的矢量來(lái)對(duì)所述位置信號(hào)進(jìn)行修改，所述矢量具有方向和長(zhǎng)度，例如75m的長(zhǎng)度和相對(duì)于北東北(NNE)的30度的方向，表示GPS讀取時(shí)的偏移誤差，給出了相對(duì)于北方75m cos 30、以及相對(duì)于東方75m sin30的誤差。
信號(hào)修改計(jì)算機(jī)(80)用于發(fā)送經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)至上述控制系統(tǒng)(2)，其中一個(gè)或多個(gè)所述經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)的輸入替代部分或者全部所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)(8)的輸入。
——所述控制系統(tǒng)(2)用于對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)作動(dòng)，并且保持不受影響的實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)；本發(fā)明的目的是使所述控制系統(tǒng)(2)實(shí)現(xiàn)對(duì)由所述經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)表示的錯(cuò)誤進(jìn)行測(cè)試的功能，所述經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)被設(shè)想為在一個(gè)或多個(gè)傳感器(8)中出現(xiàn)。舉一個(gè)引導(dǎo)性的例子，該測(cè)試可以表明系統(tǒng)是否能夠區(qū)分一個(gè)傳感器(例如第一GPS傳感器)的例如突然變化或者不穩(wěn)定讀取，與類似傳感器(例如另一個(gè)GPS傳感器)的較小變化或者穩(wěn)定讀取。該測(cè)試還可以表明，系統(tǒng)是否能夠區(qū)分諸如高精度dGPS信號(hào)之類的高優(yōu)先級(jí)位置信號(hào)由于某些錯(cuò)誤發(fā)生而變得不可信任，以及賦予優(yōu)先級(jí)給由水聲轉(zhuǎn)發(fā)器(hydroacoustic transponder)發(fā)出的較不準(zhǔn)確但是對(duì)于測(cè)試情形仍然可以信任的位置信號(hào)。這種行為是在一個(gè)或者兩個(gè)dGPS系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)能繼續(xù)工作的實(shí)際情況所需的。
參考附圖，在根據(jù)本發(fā)明的測(cè)試系統(tǒng)中，海事控制系統(tǒng)(2)用于從命令輸入設(shè)備(10)通過(guò)命令信號(hào)線路(11)接收輸入命令信號(hào)(9)。而且，在測(cè)試系統(tǒng)中，所述傳感器(8)使用傳感器信號(hào)線路(12)連接到所述控制系統(tǒng)。
考慮下面一種DP系統(tǒng)，其中a)DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接到測(cè)量系統(tǒng)，所述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通常為(i)運(yùn)行UDP協(xié)議的冗余或者非冗余以太網(wǎng)，(ii)冗余或者非冗余現(xiàn)場(chǎng)總線或者控制器局域網(wǎng)絡(luò)總線(CAN-bus)，或者(iii)無(wú)線信號(hào)傳輸協(xié)議；b)DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接到致動(dòng)器。
在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，出于測(cè)試的目的，使用了外部信號(hào)修改計(jì)算機(jī)。該信號(hào)修改計(jì)算機(jī)用于運(yùn)行專門開(kāi)發(fā)的信號(hào)修改算法。在測(cè)試中，信號(hào)修改計(jì)算機(jī)連接到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，該計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接到測(cè)量系統(tǒng)。信號(hào)修改計(jì)算機(jī)通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)輸入一個(gè)或多個(gè)傳感器信號(hào)，并且基于這些輸入的傳感器信號(hào)和計(jì)算機(jī)算法，信號(hào)修改計(jì)算機(jī)計(jì)算所述傳感器信號(hào)的經(jīng)修改的值，并且信號(hào)修改計(jì)算機(jī)通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)輸出經(jīng)修改的傳感器信號(hào)，經(jīng)修改的信號(hào)被發(fā)送給DP計(jì)算機(jī)。
出于測(cè)試目的，可以通過(guò)改變DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輸入信號(hào)列表來(lái)改變DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輸入，從而使DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)從信號(hào)修改計(jì)算機(jī)接收所述經(jīng)修改的傳感器信號(hào)，而不是由測(cè)量系統(tǒng)發(fā)送的對(duì)應(yīng)傳感器信號(hào)。
隨后，對(duì)DP系統(tǒng)進(jìn)行如下測(cè)試1.DP系統(tǒng)的電力系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、推進(jìn)器系統(tǒng)和操作站工作于其正常工作模式下。
2.設(shè)置DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以從信號(hào)修改計(jì)算機(jī)讀取一個(gè)或多個(gè)經(jīng)修改的信號(hào)，而不是從測(cè)量系統(tǒng)讀取對(duì)應(yīng)的傳感器信號(hào)。
3.信號(hào)修改計(jì)算機(jī)經(jīng)由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)從測(cè)量系統(tǒng)連續(xù)地接收一個(gè)或多個(gè)傳感器信號(hào)，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所述一個(gè)或多個(gè)傳感器信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)經(jīng)修改的傳感器信號(hào)，其中所述經(jīng)修改的傳感器信號(hào)是在信號(hào)修改計(jì)算機(jī)中使用依賴于所述傳感器信號(hào)的真值的算法而計(jì)算的，信號(hào)修改計(jì)算機(jī)經(jīng)由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)輸出所述一個(gè)或多個(gè)經(jīng)修改的傳感器信號(hào)至DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
參考附圖，根據(jù)本發(fā)明的測(cè)試系統(tǒng)輸出控制信號(hào)(13)至所述致動(dòng)器(16，17，18)，例如螺旋槳(16)，推進(jìn)器(17)，以及船舵(18)。
而且，信號(hào)修改計(jì)算機(jī)(80)在相對(duì)較短時(shí)間內(nèi)將所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)修改為經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)，從而與所述控制系統(tǒng)(2)接收所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)的對(duì)應(yīng)接收時(shí)間相比，所述控制系統(tǒng)(2)對(duì)于所述經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)不會(huì)經(jīng)歷明顯地延遲。根據(jù)本發(fā)明的測(cè)試系統(tǒng)即所述控制系統(tǒng)(2)可以包括電力管理系統(tǒng)，所述電力管理系統(tǒng)包括電力傳感器(8p？)，以檢測(cè)諸如發(fā)電機(jī)輸出電壓(7pV)之類的電力信號(hào)；發(fā)電機(jī)輸出電流(7pA)；發(fā)電機(jī)功率(7pP)；總發(fā)電機(jī)功率的一部分(7pTf)；發(fā)電機(jī)狀態(tài)(7pS)等等。
本發(fā)明的應(yīng)用位置參考系統(tǒng)測(cè)試布置在DP系統(tǒng)中，船舶位置是基于一個(gè)或多個(gè)位置參考系統(tǒng)中的測(cè)量而確定的。位置參考系統(tǒng)輸出(i)固定在船舶中的參考點(diǎn)位置或者(ii)船舶頭部。位置參考系統(tǒng)可以為如下各項(xiàng)中的一者a)DGPS位置參考系統(tǒng)，其中，測(cè)量GPS天線位置的差分GPS系統(tǒng)(DGPS)組合于測(cè)量船舶路線的陀螺羅經(jīng)以及建立垂直線方向的垂直參考單元?？梢允褂闷渌l(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，例如伽利略(Galileo)或者陸基(land-based)導(dǎo)航系統(tǒng)。通過(guò)這些測(cè)量，DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)GPS天線和船舶參考點(diǎn)之間的距離調(diào)節(jié)GPS天線的位置，而針對(duì)測(cè)量的頭部和測(cè)量的垂直方向來(lái)計(jì)算船舶參考點(diǎn)的位置。
b)水聲位置參考系統(tǒng)，其中水聲測(cè)量系統(tǒng)結(jié)合測(cè)量船舶路線的陀螺羅經(jīng)和建立垂直線方向的垂直參考單元而給出水聲轉(zhuǎn)發(fā)器的位置。通過(guò)這些測(cè)量，DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)水聲轉(zhuǎn)發(fā)器和船舶參考點(diǎn)之間的距離調(diào)節(jié)水聲轉(zhuǎn)發(fā)器的位置，而為測(cè)量的路線和測(cè)量的垂直方向來(lái)計(jì)算船舶參考點(diǎn)的位置。
c)Tautwire，F(xiàn)anbeam，DARPS，ARTEMIS，陀螺羅經(jīng)等等。
正確工作的位置參考系統(tǒng)對(duì)于DP系統(tǒng)性能的安全性和有效性是非常重要的。正因?yàn)槿绱?，在涉及DP系統(tǒng)的重大安全操作中，通常使用至少三個(gè)位置參考系統(tǒng)。一種典型配置是，使用兩個(gè)DGPS位置參考系統(tǒng)，以及一個(gè)水聲位置參考系統(tǒng)。這樣做的目的是希望，當(dāng)一個(gè)位置參考系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可以通過(guò)使用來(lái)自余下兩個(gè)位置參考系統(tǒng)的信息來(lái)校正或者消除該故障。在若干記錄的案例中，發(fā)現(xiàn)即使使用三個(gè)位置參考系統(tǒng)，仍然可能出現(xiàn)在一個(gè)參考系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)DP系統(tǒng)無(wú)法建立正確位置的情況。因此，對(duì)DP系統(tǒng)如何處理一個(gè)或多個(gè)位置參考系統(tǒng)中的錯(cuò)誤或故障以及處理至何種程度進(jìn)行測(cè)試是非常重要的。
本發(fā)明的信號(hào)修改計(jì)算機(jī)是一種在位置參考系統(tǒng)中發(fā)生故障時(shí)對(duì)DP系統(tǒng)性能進(jìn)行測(cè)試的新型和有用的工具。這種測(cè)試可以使用本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例來(lái)如下進(jìn)行。在描述中，假定DP系統(tǒng)具有兩個(gè)DGPS系統(tǒng)和一個(gè)具有海平面上的轉(zhuǎn)發(fā)器的水聲位置參考系統(tǒng)，并且這三個(gè)位置參考系統(tǒng)均通過(guò)RS232串行線路連接到DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
1.DP系統(tǒng)的DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、致動(dòng)器系統(tǒng)和操作站工作于其正常工作模式。
2.優(yōu)選的三個(gè)位置參考系統(tǒng)的相應(yīng)的RS232串行線路均斷開(kāi)與DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的連接，并且連接到信號(hào)修改計(jì)算機(jī)。所述連接到DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的RS232串行線路被從信號(hào)修改計(jì)算機(jī)至DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的RS232串行線路所替代。
3.由三個(gè)位置參考傳感器發(fā)出的位置參考信號(hào)被輸入到信號(hào)修改計(jì)算機(jī)。各個(gè)位置參考信號(hào)包括船舶上點(diǎn)的位置、路線角度以及垂直線的方向。
4.信號(hào)修改計(jì)算機(jī)計(jì)算給定故障情形下產(chǎn)生的經(jīng)修改的位置參考信號(hào)，并且將經(jīng)修改的位置參考信號(hào)發(fā)送給DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
5.由輸出和測(cè)試中故障情況的其它狀態(tài)信號(hào)表示的DP系統(tǒng)的性能是通過(guò)輸入到DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的傳感器信號(hào)、從DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸出的致動(dòng)器信號(hào)以及可能的狀態(tài)信號(hào)而被記錄的。
為了進(jìn)一步解釋如何實(shí)施位置參考測(cè)試，下面給出三個(gè)示例位置參考測(cè)試1——降低GPS信號(hào)質(zhì)量位置參考測(cè)試1是，信號(hào)修改計(jì)算機(jī)針對(duì)以來(lái)自一個(gè)GPS衛(wèi)星的信號(hào)質(zhì)量降低的形式出現(xiàn)的故障，而進(jìn)行的DP系統(tǒng)性能的測(cè)試。這是一種外部錯(cuò)誤，即在兩個(gè)GPS接收器從同一組衛(wèi)星來(lái)接收信號(hào)的情況下，可能出現(xiàn)相同的錯(cuò)誤位置。目前已知發(fā)生過(guò)這種錯(cuò)誤情形，并且在記錄的案例中，這種故障導(dǎo)致DP系統(tǒng)的偏離，這是一種潛在的安全威脅事件，因?yàn)镈P系統(tǒng)使用推進(jìn)器，從而船舶在非控制作動(dòng)中被驅(qū)動(dòng)而偏離其指定位置。假定所考慮的DP系統(tǒng)具有兩個(gè)DGPS位置參考系統(tǒng)和一個(gè)水聲位置參考系統(tǒng)。
如上所述，位置參考系統(tǒng)連接到信號(hào)修改計(jì)算機(jī)而不是DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并且信號(hào)修改計(jì)算機(jī)發(fā)送經(jīng)修改的位置參考信號(hào)至DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
隨后，基于將由兩個(gè)DGPS位置參考系統(tǒng)所發(fā)出的測(cè)量天線位置與測(cè)試時(shí)間時(shí)的已知GPS衛(wèi)星結(jié)構(gòu)相結(jié)合，一個(gè)衛(wèi)星為了測(cè)試目的而被選擇為具有導(dǎo)致降低GPS信號(hào)質(zhì)量的故障條件。接著，計(jì)算兩個(gè)DGPS位置參考系統(tǒng)的測(cè)量的GPS天線對(duì)于所述衛(wèi)星的降低質(zhì)量的GPS信號(hào)有何改變。然后信號(hào)修改計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)位置參考信號(hào)，以應(yīng)對(duì)DGPS位置參考系統(tǒng)的天線位置的所述改變，并且發(fā)送經(jīng)修改的位置參考信號(hào)至DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這樣，可以測(cè)試DP系統(tǒng)如何處理不準(zhǔn)確的GPS衛(wèi)星信號(hào)。
位置參考測(cè)試2——預(yù)定位置變化速率信號(hào)區(qū)分在基于控制理論教科書(shū)的實(shí)踐的已有方法中，監(jiān)視傳感器信號(hào)中的變化速率，如果傳感器信號(hào)的變化大于可以物理實(shí)現(xiàn)的程度，則將傳感器信號(hào)作為無(wú)效而丟棄。該方法在DP系統(tǒng)中使用以消除位置參考系統(tǒng)中的故障。在記錄的案例中，DP系統(tǒng)中的兩個(gè)DGPS位置參考系統(tǒng)由于GPS衛(wèi)星信號(hào)的錯(cuò)誤而顯示出了測(cè)量位置75米的瞬時(shí)變化。顯然，船舶無(wú)法瞬時(shí)將其位置改變75米，因此，DGPS系統(tǒng)將由兩個(gè)DGPS位置參考所發(fā)出的信號(hào)作為無(wú)效而適當(dāng)丟棄。
然而，事實(shí)證明該方法并非沒(méi)有問(wèn)題。另一個(gè)安哥拉海岸的案例中，一系列巨型波浪所造成的突然影響將船舶從其初始位置迅速地移動(dòng)了25米。DGPS位置參考系統(tǒng)正確地記錄了這種快速的運(yùn)動(dòng)變化，但是DP系統(tǒng)卻丟棄了非常正確的DGPS位置參考信號(hào)，因?yàn)槲恢酶淖兯俾蚀笥贒P系統(tǒng)設(shè)置接受的閾值。所以，DP系統(tǒng)使該船舶的所有位置參考系統(tǒng)均無(wú)效。
為了測(cè)試DP系統(tǒng)如何處理這種情況，因此使用本發(fā)明的信號(hào)修改計(jì)算機(jī)。位置參考信號(hào)被輸入到信號(hào)修改計(jì)算機(jī)，而不是被輸入到如上所述的DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。位置參考信號(hào)被用于計(jì)算船舶參考點(diǎn)的位置。隨后，信號(hào)修改計(jì)算機(jī)將位置增量添加到船舶參考點(diǎn)，所述船舶參考點(diǎn)對(duì)應(yīng)于某個(gè)預(yù)定快速運(yùn)動(dòng)，所述預(yù)定快速動(dòng)作可以對(duì)應(yīng)于一系列巨型波浪的突然影響所施加的運(yùn)動(dòng)。信號(hào)修改計(jì)算機(jī)連續(xù)修改位置參考信號(hào)，從而使這些信號(hào)對(duì)應(yīng)于船舶參考點(diǎn)的經(jīng)修改的運(yùn)動(dòng)。這些經(jīng)修改的位置參考信號(hào)被連續(xù)發(fā)送到DP控制系統(tǒng)，并且可以觀察DP系統(tǒng)是否能夠處理給定的波浪激勵(lì)而不會(huì)丟棄位置參考系統(tǒng)。
位置參考測(cè)試3——水聲錯(cuò)誤在DP系統(tǒng)中，將水聲位置參考系統(tǒng)與DGPS位置參考系統(tǒng)結(jié)合使用。水聲位置參考系統(tǒng)的性能非常重要，特別是當(dāng)DGPS位置參考系統(tǒng)存在問(wèn)題的情況下。
DP操作中，水聲位置參考系統(tǒng)的記錄的故障情形可以被有效地用于測(cè)試使用信號(hào)修改計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)。為了完成該測(cè)試，水聲位置參考信號(hào)被輸入到信號(hào)修改計(jì)算機(jī)中。然后這些信號(hào)在信號(hào)修改計(jì)算機(jī)中被計(jì)算修改，其中，實(shí)施了如下測(cè)試a)通過(guò)添加噪聲信號(hào)至來(lái)自水聲位置參考的位置信號(hào)，并且通過(guò)發(fā)送經(jīng)修改的信號(hào)至DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，來(lái)研究噪聲對(duì)水聲位置參考信號(hào)的改變方差的影響。還可以通過(guò)添加噪聲信號(hào)至DGPS位置參考信號(hào)，來(lái)擴(kuò)展該測(cè)試，以研究噪聲對(duì)水聲和DGPS位置參考系統(tǒng)的組合影響。
b)對(duì)于因水聲信號(hào)反射、海平面上的轉(zhuǎn)發(fā)器之間的不良通信、轉(zhuǎn)發(fā)器故障或者轉(zhuǎn)發(fā)器斷電而產(chǎn)生的DP系統(tǒng)的聲學(xué)通信錯(cuò)誤的影響，可以通過(guò)使用水聲信號(hào)傳輸?shù)臄?shù)學(xué)模型以及產(chǎn)生的位置信號(hào)變化，修改水聲位置參考信號(hào)，來(lái)測(cè)試。
c)聲音數(shù)據(jù)的降采樣速率的影響可以通過(guò)修改來(lái)自水聲位置參考的信號(hào)使得采樣速率從例如1Hz降低至例如0.5Hz而被測(cè)試。
位置參考測(cè)試4——垂直參考誤差在DP系統(tǒng)中使用垂直參考單元，作為輸入位置參考信號(hào)以計(jì)算船舶參考點(diǎn)的位置。垂直參考單元中的故障將在船舶參考點(diǎn)的位置計(jì)算中給出錯(cuò)誤值，并且如果垂直參考單元中的錯(cuò)誤大于90度，則計(jì)算甚至?xí)捎谝蕾囉谟?jì)算實(shí)施的算法中可能的除零運(yùn)算而崩潰。
位置參考系統(tǒng)中故障的影響是通過(guò)在信號(hào)修改計(jì)算機(jī)中修改垂直參考系統(tǒng)信號(hào)并且發(fā)送經(jīng)修改的信號(hào)至DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)而完成的，從而測(cè)試控制系統(tǒng)對(duì)垂直參考單元測(cè)量中這種誤差的容錯(cuò)性。
風(fēng)傳感器測(cè)試
DP系統(tǒng)通常具有一個(gè)或多個(gè)風(fēng)傳感器，以測(cè)量作用在船舶上的風(fēng)速。隨后，根據(jù)海事工程教科書(shū)中的公知技術(shù)，可以計(jì)算風(fēng)力對(duì)船舶造成的作用力和轉(zhuǎn)矩。然后可以在DP計(jì)算機(jī)的算法中使用這些計(jì)算，以在風(fēng)力強(qiáng)勁時(shí)在DP系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)改善精度?？梢灶A(yù)見(jiàn)的是，風(fēng)傳感器可能變得有缺陷，或者可能由于故障或者直升機(jī)靠近于風(fēng)傳感器的位置逗留而顯示出不正確值。
為了測(cè)試DP系統(tǒng)如何處理一個(gè)風(fēng)傳感器中的故障，信號(hào)修改計(jì)算機(jī)可以如下使用可以為模擬信號(hào)線路或者數(shù)字RS232串行線路的風(fēng)傳感器信號(hào)線路，被斷開(kāi)與DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的連接，并且該信號(hào)被連接到信號(hào)修改計(jì)算機(jī)。風(fēng)傳感器信號(hào)線路被相同類型的另一條連接到DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的信號(hào)線路所替代，從而該信號(hào)線路將經(jīng)修改的風(fēng)傳感器信號(hào)從信號(hào)修改計(jì)算機(jī)傳輸?shù)紻P計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。然后信號(hào)修改計(jì)算機(jī)根據(jù)以下一種可替換方法修改風(fēng)傳感器信號(hào)*以設(shè)定的時(shí)間間隔添加具有高噪聲方差的信號(hào)。
*添加漂移信號(hào)，從而使經(jīng)修改的信號(hào)以設(shè)定的時(shí)間間隔脫離傳感器信號(hào)。
*以設(shè)定時(shí)間間隔添加恒定信號(hào)偏移。
*應(yīng)用信號(hào)凍結(jié)，從而使經(jīng)修改的信號(hào)在設(shè)定的時(shí)間間隔內(nèi)為恒定值。
經(jīng)修改的風(fēng)傳感器信號(hào)被發(fā)送到DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以替代風(fēng)傳感器信號(hào)。
電力管理系統(tǒng)的中斷防止測(cè)試通過(guò)柴油機(jī)-電動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的推進(jìn)器和螺旋槳在船舶和浮油(floating oil)安裝中被廣泛使用。在這些系統(tǒng)中，柴油機(jī)引擎被用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，從而提供電力給船舶上的電力系統(tǒng)。推進(jìn)器和螺旋槳通過(guò)由電力系統(tǒng)供電的電動(dòng)機(jī)而被驅(qū)動(dòng)。并且，電力系統(tǒng)被用于驅(qū)動(dòng)船舶的其它功能，例如起重機(jī)、波浪補(bǔ)償(heave compesation)、鉆孔、制冷以及空調(diào)等等。這種類型系統(tǒng)的公知問(wèn)題是，如果船舶其它功能使用的電力很高，則與通過(guò)DP系統(tǒng)指示的實(shí)現(xiàn)推進(jìn)所需的電力相比，推進(jìn)器和螺旋槳可用的電力可能不足。對(duì)于手動(dòng)控制的船舶也是相同情況，其中操作員可能需要對(duì)應(yīng)于超過(guò)可用電力的電力功耗的推進(jìn)。在可用電力不足的情況下，作為集成在電力系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)，電力管理系統(tǒng)降低分配給消耗電力的不同系統(tǒng)的電力，并且它甚至可以關(guān)閉這些耗電設(shè)備。
如果電力管理系統(tǒng)不能適當(dāng)處理用于推進(jìn)的電力不足的問(wèn)題，則船舶可能經(jīng)歷部分電力斷電的危險(xiǎn)，其中一個(gè)或多個(gè)配電板和電力總線被關(guān)斷，并且甚至可能發(fā)生船舶上電力完全停止而使得船舶中斷的情況，這種情況可能導(dǎo)致船舶事故和損失。
因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，結(jié)合船舶的所有安裝單元，特別是結(jié)合DP系統(tǒng)，對(duì)電力管理系統(tǒng)的功能進(jìn)行擴(kuò)展測(cè)試是非常重要的。
a)考慮具有DP系統(tǒng)的船舶，其信號(hào)表示通過(guò)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電力被發(fā)送給正常工作中的DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，當(dāng)船舶的其它功能消耗的電力很高時(shí)，該DP系統(tǒng)適當(dāng)降低推進(jìn)器的功耗。通過(guò)在海上正常工作的DP系統(tǒng)來(lái)對(duì)DP系統(tǒng)的電力降低功能可以測(cè)試，除非從發(fā)電機(jī)至DP系統(tǒng)的電力表示信號(hào)被信號(hào)修改計(jì)算機(jī)修改，從而經(jīng)修改的信號(hào)表示從發(fā)電機(jī)至船舶其它功能的電力為例如90％的可用電力。然后可以對(duì)DP系統(tǒng)是否能夠令人滿意地處理這種情形進(jìn)行測(cè)試。
b)考慮另一種具有DP系統(tǒng)的船舶，其信號(hào)表示通過(guò)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電力被發(fā)送給電力管理系統(tǒng)而不是正常工作下的DP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并且當(dāng)船舶的其它功能消耗的電力很高時(shí)，該電力管理系統(tǒng)而不是DP系統(tǒng)適當(dāng)降低推進(jìn)器的功耗。然后可以通過(guò)在海上正常工作的DP系統(tǒng)，對(duì)電力管理系統(tǒng)的電力降低功能進(jìn)行測(cè)試，除非從發(fā)電機(jī)至電力管理系統(tǒng)的電力表示信號(hào)被信號(hào)修改計(jì)算機(jī)修改，從而經(jīng)修改的信號(hào)表示從發(fā)電機(jī)至船舶其它功能的電力接近總電力容量例如為90％的可用電力。然后可以對(duì)電力管理系統(tǒng)是否能夠結(jié)合DP系統(tǒng)令人滿意的處理這種情形進(jìn)行測(cè)試。
推進(jìn)系統(tǒng)測(cè)試推進(jìn)系統(tǒng)是DP船舶中的關(guān)鍵因素。推進(jìn)器的控制系統(tǒng)、電力管理系統(tǒng)以及DP系統(tǒng)之間的相互影響可能造成問(wèn)題，并且對(duì)這些系統(tǒng)進(jìn)行組合測(cè)試非常重要。這種連接中的推進(jìn)系統(tǒng)包括螺旋槳，驅(qū)動(dòng)螺旋槳的電推進(jìn)器電機(jī)，控制螺旋槳葉片的螺距的驅(qū)動(dòng)器，在利用方位角推進(jìn)器的情況下的控制方位角的驅(qū)動(dòng)器，以及推進(jìn)器控制系統(tǒng)，所述推進(jìn)器控制系統(tǒng)測(cè)量螺旋槳的軸速度和軸功率并且控制推進(jìn)器電機(jī)從而實(shí)現(xiàn)指示的軸功率和軸速度。
在推進(jìn)系統(tǒng)測(cè)試中，關(guān)注的是在一個(gè)或多個(gè)推進(jìn)器螺距信號(hào)、RPM或者電力信號(hào)反饋信號(hào)、或者推進(jìn)器狀態(tài)信號(hào)存在錯(cuò)誤的情況下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。這是通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)的將系統(tǒng)運(yùn)行于其正常工作模式下，除非信號(hào)修改計(jì)算機(jī)修改一個(gè)或多個(gè)推進(jìn)器信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種海事船舶(0)控制系統(tǒng)(2)的測(cè)試系統(tǒng)，從傳感器(8)接收實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)并且輸出控制信號(hào)(13)至致動(dòng)器(16，17，18)，其特征在于——信號(hào)修改計(jì)算機(jī)(80)被連接以接收一個(gè)或多個(gè)所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)，——所述信號(hào)修改計(jì)算機(jī)(80)將所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)修改為經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)，所述經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)依賴于所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)的實(shí)際值；——所述信號(hào)修改計(jì)算機(jī)(80)發(fā)送所述經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)至所述控制系統(tǒng)(2)，所述一個(gè)或多個(gè)經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)的輸入替代部分或者全部所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)(8)的輸入；——所述控制系統(tǒng)(2)對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)和剩余的未受影響的實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)進(jìn)行作動(dòng)；——從而使所述控制系統(tǒng)(2)實(shí)現(xiàn)對(duì)由所述經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)表示的錯(cuò)誤進(jìn)行測(cè)試的功能，所述經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)被設(shè)想為出現(xiàn)在一個(gè)或多個(gè)傳感器(8)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試系統(tǒng)，所述海事控制系統(tǒng)(2)通過(guò)命令信號(hào)線路(11)從命令輸入設(shè)備(10)接收輸入的命令信號(hào)(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試系統(tǒng)，所述傳感器(8)使用傳感器信號(hào)線路(12)來(lái)連接到所述控制系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)試系統(tǒng)，所述傳感器信號(hào)線路(12)包括模擬線路、串行線路、或者數(shù)字以太網(wǎng)線路、現(xiàn)場(chǎng)總線或者控制器局域網(wǎng)絡(luò)總線(CAN-bus)、或者局域無(wú)線電通信系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試系統(tǒng)，輸出控制信號(hào)(13)至諸如螺旋槳(16)、推進(jìn)器(17)和船舵(18)之類的所述致動(dòng)器(16，17，18)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試系統(tǒng)，所述信號(hào)修改計(jì)算機(jī)(80)在相對(duì)較短時(shí)間內(nèi)將所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)修改為經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)，從而與所述控制系統(tǒng)(2)應(yīng)該接收所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)的對(duì)應(yīng)接收時(shí)間相比，所述控制系統(tǒng)(2)不會(huì)經(jīng)歷所述經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)的明顯延遲。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)(2)包括電力管理系統(tǒng)，所述電力管理系統(tǒng)包括電力傳感器(8p)，用于檢測(cè)諸如發(fā)電機(jī)輸出電壓(7pV)之類的電力信號(hào)；發(fā)電機(jī)輸出電流(7pA)；發(fā)電機(jī)功率(7pP)；總發(fā)電機(jī)功率的一部分(7pTf)；發(fā)電機(jī)狀態(tài)(7pS)等等。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試系統(tǒng)，所述海事控制系統(tǒng)(2)通過(guò)命令信號(hào)線路(11)從命令輸入設(shè)備(10)接收輸入的命令信號(hào)(9)。
9.一種測(cè)試海事船舶(0)控制系統(tǒng)(2)的方法，所述系統(tǒng)(2)從傳感器(8)接收實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)，并且提供控制信號(hào)(13)給致動(dòng)器(16，17，18)，其特征在于——連接信號(hào)修改計(jì)算機(jī)(80)并且接收一個(gè)或多個(gè)所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)，——所述信號(hào)修改計(jì)算機(jī)(80)將所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)修改為經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)，所述經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)依賴于所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)的實(shí)際值；——所述信號(hào)修改計(jì)算機(jī)(80)發(fā)送所述經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)至所述控制系統(tǒng)(2)，所述一個(gè)或多個(gè)經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)的輸入替代部分或者全部所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)(8)的輸入；——所述控制系統(tǒng)(2)對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)和剩余的未受影響的實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)進(jìn)行作動(dòng)；從而測(cè)試所述控制系統(tǒng)(2)是否按照所需方式對(duì)由所述經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)表示的錯(cuò)誤進(jìn)行作動(dòng)，所述經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)被設(shè)想為出現(xiàn)在一個(gè)或多個(gè)傳感器(8)中。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，所述控制系統(tǒng)發(fā)送控制信號(hào)(13)至諸如螺旋槳(16)、推進(jìn)器(17)和船舵(18)之類的所述致動(dòng)器(16，17，18)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，所述信號(hào)修改計(jì)算機(jī)(80)在相對(duì)較短時(shí)間內(nèi)將所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)修改為經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)，從而與所述控制系統(tǒng)(2)應(yīng)該接收所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)的對(duì)應(yīng)接收時(shí)間相比，所述控制系統(tǒng)(2)不會(huì)經(jīng)歷所述經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)的明顯延遲。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，所述信號(hào)修改計(jì)算機(jī)(80)將一個(gè)或多個(gè)所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)修改為一個(gè)或多個(gè)經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)，所述經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)依賴于所述一個(gè)或多個(gè)實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)的實(shí)際值，所述經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)為所述一個(gè)或多個(gè)所述測(cè)量信號(hào)(7)的實(shí)際值的函數(shù)，所述函數(shù)包括添加恒定或者變化值至所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)，將所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)與恒定或者變化值相乘，或者使用依賴于所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)的線性函數(shù)以修改所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，使用一個(gè)或多個(gè)傳感器信號(hào)線路(12)將一個(gè)或多個(gè)所述傳感器(8)連接到所述控制系統(tǒng)，并且通過(guò)所述傳感器信號(hào)線路(12)來(lái)連接所述傳感器模擬器(80)，以接收所述一個(gè)或多個(gè)實(shí)際傳感器信號(hào)(8)，并且將所述傳感器模擬器(80)中的所述一個(gè)或多個(gè)實(shí)際傳感器信號(hào)修改為所述一個(gè)或多個(gè)經(jīng)修改的傳感器信號(hào)(70)，并且沿著所述傳感器信號(hào)線路(12)將所述一個(gè)或多個(gè)經(jīng)修改的傳感器信號(hào)(70)從所述傳感器模擬器(80)發(fā)送到所述控制系統(tǒng)(2)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，使用諸如RS232、RS422之類的一個(gè)或多個(gè)串行線路作為所述傳感器信號(hào)線路(12)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，使用一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)總線線路，例如使用UDP協(xié)議的冗余或者非冗余的以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線或者控制器局域網(wǎng)絡(luò)總線(CAN-bus)、或者無(wú)線電信號(hào)傳輸系統(tǒng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，使用一個(gè)或多個(gè)以太網(wǎng)通信線路、現(xiàn)場(chǎng)總線或者控制器局域網(wǎng)絡(luò)總線(CAN-bus)、或者局域無(wú)線電通信系統(tǒng)。
全文摘要
一種海事船舶(0)控制系統(tǒng)(2)的測(cè)試方法，所述系統(tǒng)(2)從傳感器(8)接收實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)并且提供控制信號(hào)(13)給致動(dòng)器(16，17，18)，其特征在于連接信號(hào)修改計(jì)算機(jī)(80)并且接收一個(gè)或多個(gè)所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)，所述信號(hào)修改計(jì)算機(jī)(80)將所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)修改為依賴于所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)的實(shí)際值的經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)；所述信號(hào)修改計(jì)算機(jī)(80)發(fā)送所述經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)至所述控制系統(tǒng)(2)，所述一個(gè)或多個(gè)經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)輸入替代部分或者全部所述實(shí)際測(cè)量信號(hào)(8)輸入；所述控制系統(tǒng)(2)對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)進(jìn)行作動(dòng)，并且保持未受影響的實(shí)際測(cè)量信號(hào)(7)；從而測(cè)試所述控制系統(tǒng)(2)是否對(duì)由所述經(jīng)修改的測(cè)量信號(hào)(70)表示的設(shè)想為在一個(gè)或多個(gè)傳感器(8)中發(fā)生的錯(cuò)誤按照所需方式進(jìn)行作動(dòng)。
文檔編號(hào)B63B49/00GK101052928SQ200580037752
公開(kāi)日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2005年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月19日
發(fā)明者托爾·阿爾內(nèi)·約翰森, 奧斯吉爾·約翰·瑟倫森, 羅格·斯科杰特內(nèi) 申請(qǐng)人:海運(yùn)控制公司