动力定位模拟器软件系统的设计与实现

为有效解决国内动力定位操作员的培训问题,以康斯博格K-POS系统为原型,设计动力定位模拟器。在传统航海模拟器架构的基础上,通过C++进行软件设计,完成Matalb代码转化,设计动力定位操作模拟界面,实现了动力定位培训需要的动力分配相关功能。经安装调试,模拟器系统基本满足培训需求。     

吊舱推进船舶运动数学模型及其在航海模拟器中的应用

应用MMG分离建模思想,建立配备吊舱推进器的半潜船四自由度运动数学模型,利用回归公式估算POD桨的推力和扭矩,用经验公式估算伴流分数和推力减额.在航海模拟器中,通过硬件信号控制POD桨的转速和旋转角度,并将其传输给船舶运动数学模型模块,采用四阶龙格—库塔法积分求解船舶运动微分方程组,获得实时船舶运动态势,再将其传递给航海模拟器中的其他模块,实现人—机交互.以半潜船“泰安口”为例,建立POD桨的水动力性能数学模型以及半潜船的运动数学模型.与实船海试试验结果比对,不确定度在20％以内,能够满足航海教学培训和工程论证需要.     

一种船舶推力分配策略的研究与实现

实现船舶快速动力定位,快速高效的推力分配是一个不可忽视的技术难题.一种船舶推力分配策略的研究与实现主要针对可调节的带方向角约束的多推进器推进角度计算问题和各推进器推力幅值分配问题,即带约束的多参数快速最优解的求解问题.以先分配推进器推进角为原则,再采用伪逆算法分配推进器推力,实现推进器能耗最小.实验结果表明,该分配策略可以有效避免相邻近的推进器之间推力衰减,解决其他算法中的多奇异值问题和多次迭代计算问题,并克服其收敛时间长的缺点,实现推力分配计算的快速性、稳定性、高效性.该算法简单可靠,易于在船舶上实现,因此更适用于船舶的高速定位.     

能量最优组合偏置推力分配算法

针对海洋环境力较小、方向频繁地大角度变化,动力定位船舶控制系统要求推进器发出较小推力,甚至零推力的特殊工况,为实现控制力成功分配的目的,采用组合偏置的思想,考虑了组合偏置的推进器数量、组合形式和偏置量等多方面影响因素,基于功耗最小的目的,设计了一种能量最优组合偏置推力分配算法.仿真结果验证了该算法能够实现控制力的分配.与现有其他算法对比表明,该算法能够有效地减少功耗,实现能量最优的目的.     

航海模拟器中星空视景的建模与仿真

为了完善航海模拟器视景库,提高三维视景的逼真度,在视景系统中添加对星空天体运动的仿真.采用FK5星表数据进行数学建模,以航海模拟器中实时获取的系统时间和观测经纬度为参数,计算天体在第二赤道坐标系中的位置;根据球面天文学的知识,进行坐标转换,获得天体相对于观测者所在空间直角坐标系中的坐标;由太阳和月球间的相对位置决定月相,利用得到的计算结果进行星空视景的绘制,并将程序集成到航海模拟器视景系统中,实现场景漫游.仿真结果表明,该方法实现的星空视景符合航海模拟器的精度要求和虚拟场景中漫游的实时性要求.     

学校教材库管理系统的设计与开发

根据学校教材库的管理需求进行系统分析,对教材库管理信息分模块设计软件功能,按软件工程的研发过程将系统主要划分为用户登录功能模块、系统管理功能模块、书费管理功能模块、教材出入库管理模块和综合功能查询模块。所开发的管理系统适合各级各类学校的教材库管理使用,大大提高教材库的管理效率。     

虚拟船用内部通信系统的构建

为使航海模拟器中仪器仿真更加计算机化,提高模拟器的通信性能,根据局域网的通信原理,在win2000下使用VC 6.0实现船用内部通信系统的软件仿真.该仿真系统根据语音通信原理设计语音的接收类、压缩类和发送类.同时根据航海模拟器用于培训的特点进行设计,方便航海模拟器使用者间的通信.     

基于平台的汽车焊装夹具模块化设计

根据汽车夹具功能和结构特点聚类分析,对其进行模块层次划分。以单工位结构为基础进行功能模块提取,构建焊装夹具模块库,完成了模块的参数化,并应用成组技术(GT)完成模块编码。在此基础上,在NX软件上进行了焊装夹具模块设计平台的二次开发。最后给出了模块化设计的应用实例。     

智能航海模拟器的设计与实现

针对现有航海模拟器的缺陷,利用PIDVCA方法开发智能型航海模拟器.新型智能型航海模拟器中目标船具备自动避让能力,智能本船可在复杂会遇局面下提供避让方案,供学员参考,并可更逼真模拟海上的真实航行环境.大量仿真试验说明,采用PIDVCA方法集成的新型智能航海模拟器切实可行,可有效提高航海模拟器的品质.     

单船中层拖网系统仿真平台的研究

为搭建单船中层拖网系统仿真平台,通过在航海模拟器平台上加入渔船运动模型、拖网曳纲和网板模型及网具系统模型,建立单船中层拖网系统的水动力模型,并利用三维图形引擎OSG(Open Scene Graph)实现渔捞模块三维可视化.整个拖网仿真平台包括教练员站、GMDSS通信单元、海图机单元、雷达单元、综合信息显示、渔捞模块等.平台测试表明,仿真效果和实时性满足模拟器视景系统的要求,系统稳定性良好.     

作业型ROV推进器动力学建模与响应分析

为研究深海作业型遥控水下机器人（remotely operated vehicle,ROV）液压推进器控制系统的动力学响应特性,建立了一种考虑螺旋桨动态负载影响的伺服阀控制液压推进器动力学系统的数学模型,提出一种伺服阀控制液压推进器的马达流量、压力、扭矩、转速、螺旋桨转矩和推力的求解方法.通过数值仿真,分析了不同控制电压下伺服阀、液压马达和螺旋桨的动态响应过程及特点,建立了推力分配方法中推力简化约束模型,并得到了期望推力和推进器控制电压之间函数关系的数学模型.与推进器水池试验结果相比,本文仿真结果准确可信.这种完整和准确的液压推进器动力学系统的数学模型,对实际水下机器人和动力定位船舶的运动控制方法、推力分配策略及推进器控制的研究,具有一定的指导意义和工程价值.      

基于Android平台的嵌入式软件“混合”定位控制策略研究

摘要：分布嵌入式软件功能模块的设计与实现是当前研究热点。Android集成了地图模块和丰富的API,能有效支持嵌入式软件在分布移动环境中的定位功能实现。常见定位技术有模拟定位和地图定位。模拟定位不是真实定位;地图定位只能实现自我定位。鉴于以上两种定位的不足,本文以Android为开发平台,采用模拟定位的思想,地图定位的形式,提出了短信定位这种“混合定位”方法。“混合定位”实现了自我定位到定位他人,是定位控制策略的有效改进。     

矢量推进自主水下航行器动力学建模及仿真

采用单矢量推进器进行航向控制的自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV),与采用传统的鳍舵进行航向控制的AUV相比,具有更好的低速操控性及定位精度.根据单矢量推进式AUV的特点,将AUV的推力视为螺旋桨转速及矢量推进器摆角的函数,运用Newton-Euler法建立了AUV的6自由度运动学模型和动力学模型,采用四阶五级龙格-库塔方法对单矢量推进式AUV动力学模型进行了求解,在Matlab环境下对其动力学行为进行了仿真预测,并通过水域试验验证了所建模型的正确性,为控制系统的设计奠定了基础.     

Matlab动态仿真在混沌控制与同步中的应用研究

针对在分析非线性系统混沌行为时较为复杂这一问题,采用一般的数值计算方法,提出了利用Matlab对混沌系统进行建模和动态仿真的方法．以蔡电路和洛伦兹系统为例,分析了其动态仿真在混沌控制与同步中的应用。结果表明：Mauab动态仿真能真实、有效地模拟了控制与同步的全过程,同时这一方法也拓宽了分析和研究非线性问题的途径。     

动力定位船矢量推进器回转动力学响应分析

为研究全回转矢量推进器回转动力学系统的响应特性,对瓦锡兰某型矢量推进器的液压回转系统的组成进行深入分析,研究了泵控液压马达驱动齿轮减速机构带动推进器进行回转的工作原理,建立了矢量推进器回转动力学系统的数学模型,提出了一种全回转矢量推进器实现目标方位角快速跟踪的改进控制方法,构建了一种矢量推进器回转动力学异步控制频率仿真系统,分析了不同目标方位角时推进器的方位角、角速度、液压系统的动态响应特性,建立了矢量推进器回转响应的物理约束条件.仿真结果表明,建立的动力学模型可模拟真实矢量推进器的回转运动响应过程,同时可实现矢量推进器回转方位角的快速、准确控制,对全回转矢量推进器和动力定位船舶推力分配方法的研究具有较重要的指导意义和工程价值.      

移动机器人的嵌入式控制系统

基于ARM处理器和MEMS器件设计了移动焊接机器人控制和导航定位系统,给出了陀螺仪、加速度计外围电路和相应AD采集模块设计方法,以及捷联式惯性导航系统位置和姿态解算方法.仿真实验结果表明,该导航定位系统能正确给出移动焊接机器人的位置、姿态信息.     

染缸资源的离散事件动态系统建模及优化

根据印染企业订单排缸生产计划的实际情况,建立染缸资源配置系统的自动机模型,使订单的各种染缸配置方式映射到自动机模型中;然后,根据模型行为演化过程,对订单的染缸资源配置过程划分阶段,在各个阶段设定性能指标函数,并建立各阶段间性能指标函数间的递推关系式;最后,用动态规划法对染缸的配置过程寻找最优排缸策略,得到染缸资源利用率最大的配置方式.实例结果表明:与现有的计算机调度系统相比,所建立的模型和决策方法能有效地提高染缸资源的利用率.     

水下航行器组合导航定位系统设计研究

为解决航行器编队水下航行时的导航定位问题,针对主航行器设计了单体导航定位系统,对于编队中的从航行器,应用水声定位及通信传输模块进行绝对定位,以此完成整体编队导航定位,并给出了整体设计思想和软件流程.通过实验数据对导航精度进行分析,比较了简易DR算法和卡尔曼滤波算法,论证了方案的可行性、可靠性和导航的精确性.     

动力定位非线性自适应反步控制器设计

提出了一种基于VxWorks实时操作系统的船舶动力定位控制器设计,给出了整体框架和软件模块设计。实际工况中,存在模型参数难以精确描述和外界扰动不确定的问题,在控制方法上,设计了一种基于RBF神经网络的自适应反步控制。RBF神经网络对连续函数在紧集范围内具有任意经度的逼近能力,可有效解决船舶水动力高度非线性以及水动力系数难以准确估计的问题。海浪流引起的不确定外界扰动可通过自适应估计补偿。根据Lyapunov稳定性理论证明所设计的控制器是全局渐近稳定的,仿真结果验证了该方法的有效性。