本發(fā)明屬于船舶與海洋工程領(lǐng)域，尤其涉及一種dp-3級(jí)動(dòng)力定位控制系統(tǒng)的可靠性分析方法。

背景技術(shù)：

動(dòng)力定位技術(shù)是一門船舶與海洋平臺(tái)依靠自身的推力器系統(tǒng)來抵抗外界海洋環(huán)境載荷影響的自動(dòng)控制技術(shù)，是海上油氣勘探及其輔助作業(yè)必不可少的支撐技術(shù)。隨著海上特種作業(yè)不斷向深海區(qū)域拓展，對(duì)動(dòng)力定位系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求，傳統(tǒng)的單一控制器結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足深海長時(shí)間不間斷作業(yè)的安全性要求，為此國際海事組織與各大船級(jí)社對(duì)動(dòng)力定位系統(tǒng)的冗余度分別做了相關(guān)規(guī)范要求。

而動(dòng)力定位系統(tǒng)冗余程度的提升也給整個(gè)系統(tǒng)可靠性的分析與預(yù)測(cè)帶來困難，特別對(duì)于冗余程度較高的動(dòng)力定位系統(tǒng)。文獻(xiàn)檢索結(jié)果表明，雖然關(guān)于動(dòng)力定位控制方法已有諸多公開報(bào)道，但對(duì)于dp-2級(jí)、dp-3級(jí)動(dòng)力定位控制系統(tǒng)的可靠性分析研究還很少見公開的報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種dp-3級(jí)動(dòng)力定位控制系統(tǒng)的可靠性分析方法，其能解決動(dòng)力定位控制系統(tǒng)的可靠性分析的技術(shù)問題。

本發(fā)明的目的采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種dp-3級(jí)動(dòng)力定位控制系統(tǒng)的可靠性分析方法，包括以下步驟：

s1：對(duì)該動(dòng)力定位冗余控制系統(tǒng)進(jìn)行簡化，將冗余控制系統(tǒng)分割為主控制子系統(tǒng)和備用控制子系統(tǒng)；

s2：通過對(duì)主控制子系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析以得到主控制子系統(tǒng)的故障率；

s3：通過對(duì)備用控制子系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析以得到備用控制子系統(tǒng)的故障率；

s4：根據(jù)主控制子系統(tǒng)的故障率以及備用控制子系統(tǒng)的故障率對(duì)所述冗余控制系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析，以得到該動(dòng)力定位冗余控制系統(tǒng)的故障率。

優(yōu)選的，所述步驟s2、s3和s4中的可靠性分析為馬爾科夫方法。

優(yōu)選的，所述分割邏輯為dp-3級(jí)附加標(biāo)志所要求的防火物理隔離。

優(yōu)選的，所述步驟s2具體包括以下子步驟：

s21：確定主控制子系統(tǒng)的部件以及與部件對(duì)應(yīng)的個(gè)數(shù)；

s22：建立主控制子系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系；

s23：通過可靠性分析對(duì)主控制子系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系進(jìn)行數(shù)學(xué)建模求解以得到主控制子系統(tǒng)的故障率。

優(yōu)選的，所述步驟s3具體包括以下子步驟：

s31：確定備用控制子系統(tǒng)的部件以及與部件對(duì)應(yīng)的個(gè)數(shù)；

s32：建立備用控制子系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系；

s33：通過可靠性分析對(duì)備用控制子系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系進(jìn)行數(shù)學(xué)建模求解以得到備用控制子系統(tǒng)的故障率。

優(yōu)選的，所述步驟s4具體包括以下子步驟：

s41：建立動(dòng)力定位控制系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系；

s42：根據(jù)可靠性分析對(duì)所求動(dòng)力定位冗余控制系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系進(jìn)行數(shù)學(xué)求解以得到整個(gè)動(dòng)力定位冗余控制系統(tǒng)的故障率。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明的可靠性分析方法無需獲取動(dòng)力定位冗余控制系統(tǒng)的所有狀態(tài)量，而是將子系統(tǒng)作為獨(dú)立的可靠性分析單元，大大減少了需要考慮的系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)量，節(jié)約了可靠性分析的計(jì)算量。

附圖說明

圖1為動(dòng)力定位冗余控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明的dp-3級(jí)動(dòng)力定位控制系統(tǒng)的可靠性分析方法的流程圖；

圖3為本發(fā)明的主控制子系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移示意圖；

圖4為本發(fā)明的備用控制子系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移示意圖；

圖5為本發(fā)明的動(dòng)力定位冗余控制系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移示意圖。

具體實(shí)施方式

下面，結(jié)合附圖以及具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述：

如圖1所示為動(dòng)力定位冗余控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，該冗余控制系統(tǒng)包括主控制子系統(tǒng)和備用控制子系統(tǒng)，在本發(fā)明所列舉的實(shí)施例中采用的主控制子系統(tǒng)由三臺(tái)相同的顯控臺(tái)和三臺(tái)相同的控制器組成，備用控制子系統(tǒng)由一臺(tái)顯控臺(tái)和控制器組成，并且顯控臺(tái)與控制器之間還通過雙冗余的以太網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊。

如圖2所示，本發(fā)明提供了一種dp-3級(jí)動(dòng)力定位控制系統(tǒng)的可靠性分析方法，其應(yīng)用于如上述動(dòng)力定位控制系統(tǒng)中，其包括以下步驟：

s1：對(duì)該動(dòng)力定位冗余控制系統(tǒng)進(jìn)行分解與簡化，將冗余控制系統(tǒng)分割為主控制子系統(tǒng)和備用控制子系統(tǒng)；由于動(dòng)力定位控制系統(tǒng)為冗余控制系統(tǒng)，故而需要先對(duì)該冗余控制系統(tǒng)進(jìn)行簡化，由主控制系統(tǒng)的一臺(tái)顯控臺(tái)配合一臺(tái)控制器來實(shí)施相應(yīng)的控制權(quán)，當(dāng)其中某臺(tái)顯控臺(tái)或控制器發(fā)生故障時(shí)，可自動(dòng)或手動(dòng)切換到另外一臺(tái)正常的顯控臺(tái)或控制計(jì)算機(jī)，當(dāng)主控制子系統(tǒng)完全失效時(shí)，備用控制子系統(tǒng)會(huì)接任控制權(quán)，保證整個(gè)系統(tǒng)不間斷運(yùn)行；故而在進(jìn)行系統(tǒng)分割的時(shí)候是基于以上特點(diǎn)來進(jìn)行邏輯劃分的；

但是該系統(tǒng)的分解標(biāo)準(zhǔn)并不是固定的某種形式，可以根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的功能特點(diǎn)與運(yùn)行特性合理設(shè)置分割邏輯，其主要是以簡化系統(tǒng)可靠性分析過程為目的。

s2：通過對(duì)主控制子系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析以得到主控制子系統(tǒng)的故障率；所述步驟s2具體包括以下子步驟：

s21：確定主控制子系統(tǒng)的部件以及與部件對(duì)應(yīng)的個(gè)數(shù)；

s22：建立主控制子系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系；

s23：通過可靠性分析對(duì)主控制子系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系進(jìn)行數(shù)學(xué)建模求解以得到主控制子系統(tǒng)的故障率；如圖3所示，主控制子系統(tǒng)有9個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)。假設(shè)系統(tǒng)在任意一時(shí)刻，只有一個(gè)部件發(fā)生故障，超過兩臺(tái)的顯控臺(tái)或?qū)崟r(shí)計(jì)算機(jī)不會(huì)同時(shí)發(fā)生故障。如此，主控制子系統(tǒng)具備二次故障-運(yùn)行能力，直至只剩一臺(tái)顯控臺(tái)或一臺(tái)實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，主控制子系統(tǒng)完全失效。以o表示顯控臺(tái)正常狀態(tài)，c表示實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)正常狀態(tài)，x表示顯控臺(tái)或?qū)崟r(shí)計(jì)算機(jī)失效狀態(tài)。當(dāng)t＝0時(shí)刻，系統(tǒng)處于完好狀態(tài)，即三臺(tái)顯控臺(tái)與三冗余控制計(jì)算機(jī)均正常，標(biāo)識(shí)為狀態(tài)0(oooccc)。顯控臺(tái)的故障率表示為a，控制器的故障率表示為b，當(dāng)主控制系統(tǒng)出現(xiàn)單臺(tái)顯控臺(tái)失效時(shí)，系統(tǒng)的狀態(tài)變?yōu)闋顟B(tài)n(ooxccc)，0<n<9；當(dāng)主控制系統(tǒng)出現(xiàn)單臺(tái)控制計(jì)算機(jī)失效時(shí)，系統(tǒng)的狀態(tài)變?yōu)閙(oooccx)；以此類推，可得到圖3所示的主控子系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。系統(tǒng)的失效狀態(tài)可以是狀態(tài)oooxxx、ooxxxx、oxxxxx、xxxcxx、xxxccx、xxxccc,均標(biāo)識(shí)為狀態(tài)9。在相應(yīng)的可靠性分析方法下，可計(jì)算出主控制子系統(tǒng)的故障率c。

以pk表示主控系統(tǒng)處于狀態(tài)n的概率，則主控系統(tǒng)在t時(shí)刻的可靠性r(t)可定義為：

r(t)＝p0+p1+p2+p3+p4+p5+p6+p7+p8

主控系統(tǒng)的故障率為：c＝1-r(t)；

s3：通過對(duì)備用控制子系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析以得到備用控制子系統(tǒng)的故障率；所述步驟s3具體包括以下子步驟：

s31：確定備用控制子系統(tǒng)的部件以及與部件對(duì)應(yīng)的個(gè)數(shù)；

s32：建立備用控制子系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系；

s33：通過可靠性分析對(duì)備用控制子系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系進(jìn)行數(shù)學(xué)建模求解以得到備用控制子系統(tǒng)的故障率；在整個(gè)實(shí)施的過程中，步驟s2與步驟s3之間可以是互換的，也可以先對(duì)測(cè)量備用控制子系統(tǒng)的故障率，再來測(cè)量主控制子系統(tǒng)的故障率；如圖4所示。只要任一顯控臺(tái)或控制計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，備用控制子系統(tǒng)會(huì)失效，失效狀態(tài)可標(biāo)識(shí)為ox或xc。采用同主控子系統(tǒng)一樣的可靠性分析方法，可計(jì)算出備用控制子系統(tǒng)的故障率d；

s4：根據(jù)主控制子系統(tǒng)的故障率以及備用控制子系統(tǒng)的故障率對(duì)整個(gè)動(dòng)力定位冗余控制系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析，以得到該動(dòng)力定位冗余控制系統(tǒng)的故障率所述步驟s4具體包括以下子步驟：

s41：建立整個(gè)動(dòng)力定位冗余控制系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系；

s42：根據(jù)可靠性分析對(duì)該冗余控制系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系進(jìn)行數(shù)學(xué)求解以得到動(dòng)力定位冗余控制系統(tǒng)的故障率。在步驟2、步驟3分別獲取了主控制子系統(tǒng)與備用控制子系統(tǒng)的故障率后，整個(gè)dp-3控制系統(tǒng)的故障率可通過圖5，并結(jié)合步驟2、步驟3所采用的可靠性分析方法可最終求得。在本發(fā)明申請(qǐng)中的步驟s2、s3和s4中的可靠性分析方法為馬爾科夫模型或者分析方法。

對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種相應(yīng)的改變以及形變，而所有的這些改變以及形變都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。