2 - Princípios Básicos de um Sistema DP
Posicionamento
dinâmico pode ser descrito como uma integração de um número de sistemas de
bordo para obter a capacidade de manobra precisas. DP pode ser definido como: Um processo envolvendo a ação de
propulsores os quais, comandados por um controlador e opondo-se às forças do
meio ambiente, mantém um navio ou qualquer outro dispositivo flutuante nas
vizinhanças de um ponto de referência e ainda controlam o direcionamento de sua
proa. A posição é conhecida a qualquer instante a partir dos dados transmitidos
por um sistema de referência de posição.
A
definição acima inclui a permanência em local fixo, também manobras de
precisão, monitoramento e outras habilidades de posicionamento de
especialistas.
Uma
forma conveniente de se visualizar a inter-relação dos vários elementos de um
sistema DP é dividir o sistema em seis partes, conforme o esboço abaixo.
ELEMENTOS DE UM SISTEMA DP
A função
principal de um sistema DP é permitir que um navio mantenha a posição e o direcionamento
da proa. Uma variedade de outras sub-funções podem estar disponíveis, mas
o controle da posição e do direcionamento da proa é o principal.
Qualquer embarcação (ou outro objeto)
têm seis movimentos livres; três rotações e três translações. Em um navio podem
ser ilustrados com os parâmetros roll, pitch, yaw, surge, sway e heave.
Esboço das seis
opções de movimento do navio
Ambos são controlados a partir dos
valores desejados ou valores de entrada de “setpoint” feitos pelo operador,
i.e. setpoint de posicionamento e setpoint de rumo.
Posicionamento e rumo devem ser medidos para que se obtenha o
erro a partir do valor requerido. O posicionamento é medido por um ou mais
referências de posição, enquanto que a informação de rumo é
medida por um ou mais bússolas giroscópicas (também conhecidos como agulha
giroscópica e girocompasso). A diferença entre o setpoint e o feedback é um
erro ou offset, e o sistema DP opera para minimizar estes erros.
O
navio deve ser capaz de controlar a posição e o rumo dentro
de limites aceitáveis frente a uma variedade de forças externas. Se estas
forças forem medidas diretamente, os computadores de controle podem aplicar uma
compensação imediata. Um bom exemplo deste tipo de compensação é a que é feita
em face das forças do vento, onde uma medição contínua é disponibilizada a partir
de sensores de vento (normalmente cataventos).
Além
de manter a posição e o rumo, um sistema DP pode ser usado
para alcançar mudança automática de posição e de rumo, ou
ambas. O operador DP (DPO) pode escolher uma nova posição valendo-se as
instalações do console de controle. O DPO pode também escolher a velocidade na
qual ele deseja que o navio se mova. Similarmente, o operador pode entrar com
um novo valor de rumo. O navio irá girar para o novo rumo dentro da taxa de giro selecionada, enquanto mantém-se na posição.
Mudanças automática de posição e de rumo simultaneamente
também são possíveis.
Algumas
embarcações DP, tais como dragas, barcaças do tipo pipelay e cable lay têm
necessidades de seguir uma rota pré-estabelecida. Outras precisam flutuar sobre
um ponto pré-estabelecido. Este é modo utilizado por navios do tipo shuttle
tank quando estão recebendo carga de um terminal offshore de carga. Outros
navios seguem um alvo móvel, tal como um veículo submersível (ROV). Neste caso
a posição de referência do navio é um veículo ao invés de um local fixo
designado.
2.1 - Modelo DP
Diagrama
en blocos de um sistema de controle
Todos navios estão
sujeitos a forças do vento, ondas e movimentos de maré bem como a forças
geradas a partir do sistema de propulsão e outros elementos externos (reação dos ejetores do sistema de combate a incêndio, tensores de cabos, etc). a resposta a estas forças é um movimento
do navio, resultando em mudanças de posição e de direcionamento da proa. Estas
são medidas pelo sistema de referência de posição e bússolas giroscópicas. O
sistema de controle DP calcula os OFFSET’s entre os valores medidos de
posicionamento e rumo, e os valores requeridos (ou setpoint),
e calcula as forças que os thrusters devem gerar a fim de reduzirem os erros a
zero. Além disso o sistema de controle DP calcula a força do vento que está
agindo sobre o navio, e a força do thruster necessária para contra-agir,
baseado no modelo do navio que está armazenado no computador.
A modelagem e a
filtragem permitem que uma ‘NAVEGAÇÃO ESTIMADA’ ou modo ‘DR’ (Dead Reckoning)
opere se todas referências de posição forem perdidas. O navio continuará a
manter a posição automaticamente, embora a manutenção da posição se degrade com
a extensão do aumento de tempo ocorrido desde o recebimento do último dado de
posição. Em termos práticos, isto significa que o DPO não necessita selecionar imediatamente o controle “manual”
uma vez que perca todas posições de referência.
No início
controladores PID foram utilizados e atualmente ainda encontram uso em sistems
DP mais simples. Mas os controladores modernos utilizam modelos matemáticos do
navio que é baseados na descrição hidrodinâmica e aerodinâmica com relação a algumas
das características do navio tais como massa e araste. Claro que este modelo
não é inteiramente correto. A posição do navio e o rumo são
alimentados no sistema e comparados com a predição feita pelo modelo. Esta
diferença é utilizada para atualizar o modelo usando a técnica de filtro
Kalman. Por esta razão, o modelo também tem entrada a partir dos sensores de
vento e reação dos propulsores. Este método permite ainda não ter entrada a
partir de qualquer PRS durante algum tempo, dependendo da qualidade do modelo e
do tempo. Este processo é conhecido como navegação estimada (dead reckonin – DR).
Continua no próximo blog...
