專利名稱：一種船舶自動(dòng)舵測(cè)試仿真系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種船舶的硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，特別是一種船舶自動(dòng)舵測(cè)試仿真系 統(tǒng)，屬于船舶控制與仿真技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，航運(yùn)業(yè)對(duì)人類的生產(chǎn)生活有著越來越重要的影響。近幾 十年來，伴隨著改革開放，我國(guó)已重回航運(yùn)大國(guó)之列。作為航運(yùn)業(yè)的主要載體，船舶的地位 越發(fā)重要。對(duì)船舶進(jìn)行航向控制即船舶駕駛員保持或改變船舶運(yùn)動(dòng)的方向，是保證船舶安 全高效航行的關(guān)鍵。船舶自動(dòng)舵是控制船舶航向的重要設(shè)備，設(shè)計(jì)生產(chǎn)出性能優(yōu)越滿足各 種實(shí)際環(huán)境的自動(dòng)舵顯得尤為重要。在對(duì)自動(dòng)舵進(jìn)行研制、生產(chǎn)和維修中，避免不了要對(duì)自 動(dòng)舵進(jìn)行各項(xiàng)性能指標(biāo)的測(cè)試，然而進(jìn)行實(shí)船海上實(shí)驗(yàn)需要大量人力物力，很多情況下無 法實(shí)現(xiàn)，同時(shí)在陸地上自動(dòng)舵由于缺少真實(shí)舵角反饋信號(hào)和真實(shí)航向反饋信號(hào)而不能正常 運(yùn)轉(zhuǎn)。所以，如何經(jīng)濟(jì)有效地對(duì)船舶自動(dòng)舵進(jìn)行測(cè)試的問題出現(xiàn)。
硬件在環(huán)仿真方法是將物理模型和數(shù)學(xué)模型聯(lián)合在一起進(jìn)行試驗(yàn)的一種方法，它 將實(shí)際系統(tǒng)的一部分設(shè)備和計(jì)算機(jī)相互連接，用數(shù)學(xué)仿真的方式對(duì)其中不存在或不便于實(shí) 驗(yàn)的部分系統(tǒng)進(jìn)行仿真，同時(shí)保證整個(gè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。該仿真技術(shù)綜合了物理仿真和數(shù)學(xué) 仿真兩者的優(yōu)點(diǎn)，充分利用計(jì)算機(jī)建模的簡(jiǎn)易性，減少了費(fèi)用，便于對(duì)系統(tǒng)的模型部分進(jìn)行 靈活快捷的仿真、變更。該仿真技術(shù)在機(jī)械、電子、航天航空和武器研制等領(lǐng)域己得到了廣 泛應(yīng)用。但對(duì)船舶自動(dòng)舵進(jìn)行測(cè)試的仿真系統(tǒng)目前還未見公開報(bào)道，而船舶其他方面的仿 真系統(tǒng)并不能直接用于船舶自動(dòng)舵測(cè)試的仿真。發(fā)明內(nèi)容
為解決如何經(jīng)濟(jì)有效地對(duì)船舶自動(dòng)舵進(jìn)行測(cè)試的問題，本發(fā)明要設(shè)計(jì)一種可以使 船舶自動(dòng)舵在陸地上正常運(yùn)轉(zhuǎn)并可對(duì)其各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試的船舶自動(dòng)舵測(cè)試仿真系 統(tǒng)，該仿真系統(tǒng)不僅可對(duì)自動(dòng)舵進(jìn)行測(cè)試，還可作為教學(xué)設(shè)備訓(xùn)練學(xué)生的操舵技能。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種船舶自動(dòng)舵測(cè)試仿真系統(tǒng)，包括 船舶模型參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)、船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型處理系統(tǒng)、綜合信息顯示系統(tǒng)、船舶自動(dòng)舵、舵 角產(chǎn)生與反饋裝置，所述的船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型處理系統(tǒng)通過串口通信的方式分別與舵角產(chǎn) 生與反饋裝置和船舶自動(dòng)舵連接，所述的舵角產(chǎn)生與反饋裝置和船舶自動(dòng)舵通過串口通信 的方式進(jìn)行連接；所述的船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型處理系統(tǒng)與船舶模型參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)和綜合信息 顯示系統(tǒng)的通信由程序內(nèi)部數(shù)據(jù)傳遞完成；
所述的船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型處理系統(tǒng)的軟件采用Visual C++編程，并且以動(dòng)態(tài)鏈接 庫的形式實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)將解算出的航向?qū)崟r(shí)的通過串口發(fā)送給船舶自動(dòng)舵，使其得到航向 反饋量；又通過PLC控制的步進(jìn)電機(jī)模擬實(shí)際航行中的液壓舵機(jī)帶動(dòng)舵角反饋器，使船舶 自動(dòng)舵得到與實(shí)際航行時(shí)一樣電氣特性的舵角反饋信號(hào)；這樣船舶自動(dòng)舵就獲得了兩個(gè)必 要的反饋量，保證船舶自動(dòng)舵在陸地上的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；
所述的綜合信息顯示系統(tǒng)用Visual C++語言開發(fā)，負(fù)責(zé)采集船舶自動(dòng)舵和船舶運(yùn) 動(dòng)數(shù)學(xué)模型處理系統(tǒng)的各項(xiàng)信息并顯示出來；
所述的舵角產(chǎn)生與反饋裝置，由一個(gè)步進(jìn)電機(jī)、一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)PLC、一 個(gè)舵角指示自整角機(jī)和兩個(gè)舵角反饋?zhàn)哉菣C(jī)構(gòu)成，所述的舵角指示自整角機(jī)與舵角反饋 自整角機(jī)統(tǒng)稱為舵角反饋器，所述的PLC控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn) 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)舵角反饋器，安裝在PLC中的軟件采用西門子PLC梯形圖語言進(jìn)行編寫；
所述的船舶模型參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)，采用Visual C++語言開發(fā)，利用組合框控件與編 輯框控件進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是
1、本發(fā)明利用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)舵角反饋器產(chǎn)生舵角反饋量，通過引入船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué) 模型產(chǎn)生航向反饋量，由此，船舶自動(dòng)舵得到使其正常運(yùn)轉(zhuǎn)的兩個(gè)必要反饋量，可以實(shí)現(xiàn)船 舶自動(dòng)舵在陸地上正常運(yùn)轉(zhuǎn)，逼真地模擬船舶自動(dòng)舵在實(shí)船上的工作狀態(tài)，通過設(shè)計(jì)專門 的軟件可方便的對(duì)船舶自動(dòng)舵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的信息進(jìn)行采集，有利于相關(guān)科研單位、工廠 在研制、生產(chǎn)和維修船舶自動(dòng)舵時(shí)對(duì)船舶自動(dòng)舵各項(xiàng)性能進(jìn)行測(cè)試及評(píng)價(jià)。為更好地設(shè)計(jì) 和改進(jìn)船舶自動(dòng)舵創(chuàng)造了良好方便的條件。同時(shí)，本發(fā)明可模擬部分海上實(shí)驗(yàn)，可作為航海 類院校培訓(xùn)學(xué)生的教學(xué)儀器。本發(fā)明的研制為從事于船舶自動(dòng)舵相關(guān)工作的科研單位、工 廠和航海類院校節(jié)省了大量的實(shí)船試驗(yàn)所需的人力物力開支，提高了工作效率。
2、本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)以下功能
(I)用戶可根據(jù)需要選擇4種不同類型船舶模型及設(shè)置初始船速、主機(jī)轉(zhuǎn)速、初始 航向、海況參數(shù)如風(fēng)浪流強(qiáng)度、方向等。
(2)作為教學(xué)設(shè)備，用戶可以利用本發(fā)明訓(xùn)練學(xué)生基本的自動(dòng)舵操縱技能。
(3)利用本發(fā)明可實(shí)時(shí)地顯示船舶航跡、航向和舵角的變化，并畫出他們的監(jiān)測(cè)曲 線，可模擬實(shí)船進(jìn)行船舶回轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)和Z形實(shí)驗(yàn)。
(4)作為測(cè)試系統(tǒng)，本發(fā)明可通過航向，舵角監(jiān)測(cè)曲線分析出自動(dòng)舵航向控制效 果，并提供計(jì)算船舶航向控制最優(yōu)性能指標(biāo)的功能，方便對(duì)自動(dòng)舵控制性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。


本發(fā)明僅有附圖1張，其中
圖1是一種船舶自動(dòng)舵測(cè)試仿真系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)框圖。
圖中1、船舶模型參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)，2、船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型處理系統(tǒng)，3、綜合信息顯示 系統(tǒng)，4、船舶自動(dòng)舵，5、舵角產(chǎn)生與反饋裝置。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)地描述為構(gòu)建船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，需要引 用實(shí)際船舶數(shù)據(jù)，為了本發(fā)明具有更好的通用性，這里選擇了四艘不同類型的船舶進(jìn)行建 模，這四艘船舶分別是5250G集裝箱船、BiHuaShan散裝船、Opalia油船和TianE雙槳客滾船。
如圖1所示，一種船舶自動(dòng)舵測(cè)試仿真系統(tǒng)，主要由船舶模型參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)1、船 舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型處理系統(tǒng)2、綜合信息顯示系統(tǒng)3、船舶自動(dòng)舵4和舵角產(chǎn)生與反饋裝置5五部分組成。
一、船舶模型參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)I的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
船舶模型參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)I的軟件由四部分組成第一部分為選擇船模，第二部分為設(shè)置主機(jī)轉(zhuǎn)速，第三部分為設(shè)置初始航向與初始船速，第四部分為設(shè)置海況。第一部分選擇船模采用組合框控件，點(diǎn)擊下拉菜單選擇船模，其余三部分采用編輯框控件，手動(dòng)輸入各參數(shù)具體數(shù)值。下面給出利用組合框調(diào)用船舶模型的具體程序?qū)崿F(xiàn)
權(quán)利要求
1. ー種船舶自動(dòng)舵測(cè)試仿真系統(tǒng)，其特征在于包括船舶模型參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)(I)、船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型處理系統(tǒng)(2)、綜合信息顯示系統(tǒng)(3)、船舶自動(dòng)舵(4)、舵角產(chǎn)生與反饋裝置(5)，所述的船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型處理系統(tǒng)(2)通過串ロ通信的方式分別與舵角產(chǎn)生與反饋裝置(5)和船舶自動(dòng)舵(4)連接，所述的舵角產(chǎn)生與反饋裝置(5)和船舶自動(dòng)舵(4)通過串ロ通信的方式進(jìn)行連接；所述的船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型處理系統(tǒng)(2)與船舶模型參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)(I)和綜合信息顯示系統(tǒng)(3)的通信由程序內(nèi)部數(shù)據(jù)傳遞完成； 所述的船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型處理系統(tǒng)(2)的軟件采用Visual C++編程，并且以動(dòng)態(tài)鏈接庫的形式實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)將解算出的航向?qū)崟r(shí)的通過串ロ發(fā)送給船舶自動(dòng)舵(4)，使其得到航向反饋量；又通過PLC控制的步進(jìn)電機(jī)模擬實(shí)際航行中的液壓舵機(jī)帶動(dòng)舵角反饋器，使船舶自動(dòng)舵(4)得到與實(shí)際航行時(shí)ー樣電氣特性的舵角反饋信號(hào)；這樣船舶自動(dòng)舵(4)就獲得了兩個(gè)必要的反饋量，保證船舶自動(dòng)舵(4)在陸地上的正常運(yùn)轉(zhuǎn)； 所述的綜合信息顯示系統(tǒng)(3)用Visual C++語言開發(fā)，負(fù)責(zé)采集船舶自動(dòng)舵(4)和船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型處理系統(tǒng)(2)的各項(xiàng)信息并顯示出來； 所述的舵角產(chǎn)生與反饋裝置(5)，由ー個(gè)步進(jìn)電機(jī)、ー個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、ー個(gè)PLC、一個(gè)舵角指示自整角機(jī)和兩個(gè)舵角反饋?zhàn)哉菣C(jī)構(gòu)成，所述的舵角指示自整角機(jī)與舵角反饋?zhàn)哉菣C(jī)統(tǒng)稱為舵角反饋器，所述的PLC控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)舵角反饋器，安裝在PLC中的軟件采用西門子PLC梯形圖語言進(jìn)行編寫；所述的船舶模型參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)(1)，采用Visual C++語言開發(fā)，利用組合框控件與編輯框控件進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種船舶自動(dòng)舵測(cè)試仿真系統(tǒng)，包括船舶模型參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)、船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型處理系統(tǒng)、綜合信息顯示系統(tǒng)、船舶自動(dòng)舵、舵角產(chǎn)生與反饋裝置，船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型處理系統(tǒng)通過串口通信的方式分別與舵角產(chǎn)生與反饋裝置和船舶自動(dòng)舵連接，舵角產(chǎn)生與反饋裝置和船舶自動(dòng)舵通過串口通信的方式進(jìn)行連接；船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型處理系統(tǒng)與船舶模型參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)和綜合信息顯示系統(tǒng)的通信由程序內(nèi)部數(shù)據(jù)傳遞完成。本發(fā)明利用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)舵角反饋器產(chǎn)生舵角反饋量，可以實(shí)現(xiàn)船舶自動(dòng)舵在陸地上正常運(yùn)轉(zhuǎn)，逼真地模擬船舶自動(dòng)舵在實(shí)船上的工作狀態(tài)，為從事于船舶自動(dòng)舵相關(guān)工作的科研單位節(jié)省了大量的實(shí)船試驗(yàn)所需的人力物力開支，提高了工作效率。
文檔編號(hào)G05B13/02GK103048924SQ20121059329
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者沈智鵬, 郭晨, 韓和泰, 劉玉博 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)