三种船舶运动控制仿真系统

船舶运动控制系统有三种仿真模式：一是单机仿真即在一台计算机上同时运行船舶运动数学模型和控制器；二是双机仿真即一台计算机运行船舶运动数学模型，另一台为真实的船舶控制器，控制器通过数字通信接口控制另一台计算机上运行的船舶运动模型，也称为半物理仿真；三是物理仿真即建造一艘按某一水动力学相似准则而缩尺的模型船，在模型船上装上真实的船舶控制器，在水池或海上做船舶运动控制试验。本文介绍大连海事大学轮机工程学院研制的上述三种船舶运动控制仿真系统。     

基于Simulink的船舶运动控制的仿真研究

在介绍水面船舶三自由度运动模型建立方法的基础上，利用Matlab的S—function建立了基于Simulink的Abkowitz非线性船舶运动模型，进行了船舶运动控制系统的仿真研究，并给出了仿真结果。对船舶操纵性试验和船舶运动控制规律的研究具有实际意义。     

基于组件的船舶燃油系统可视化仿真

船舶燃油系统拓扑结构复杂,设备种类繁多。目前相关软件在系统工作流程仿真设计与分析上功能薄弱。针对这一问题,提出了可视化的船舶燃油系统仿真方法。开发过程采用了基于组件的软件开发模式,借鉴了组态软件的思想,将仿真应用分为应用框架、可视化模型组件库、应用系统对象、系统流程算法组件等部分,各部分相对独立,使其更具开放性,通过应用不同的模型及算法组件可以扩展到其他应用领域。     

船舶航向-主机综合智能控制的虚拟仿真

提出并实现一种基于虚拟现实技术的船舶航向与主动力装置综合智能控制的可视化交互式仿真系统。论文建立了状态空间型船舶平面运动数学模型,给出该仿真系统的结构,讨论了系统的主要功能。本仿真系统支持红外跟踪立体眼镜,立体头盔等虚拟现实视觉设备并具有立体机舱声音效果。论文给出部分具有沉浸感的三维船舶运动和主机控制的虚拟现实仿真场景。     

基于OpenGL的中药自动配药系统运动仿真

利用OpenGL建立可视化的中药自动配药系统运动仿真模型，结合算法的理论分析，在此平台上测试集料斗运动控制的不同算法，确定最适合本配药系统的算法。分析仿真所得数据，阐述此运动仿真系统在开发中药自动配药系统中的作用。     

船舶运动控制硬件在环仿真系统的研究

目前众多学者致力于将当前先进的控制理论应用到船舶运动控制领域,但在实际船舶上验证这些先进的控制算法面临很多困难,为此,设计并实现一套船舶运动控制硬件在环仿真系统。该系统包括船舶运动DSP控制器,船舶运动仿真系统,控制与监测系统三部分,对相关硬件电路和软件设计进行了研究。系统测试结果表明该系统性能良好,为在实验室环境下进行船舶运动控制算法研究和船舶运动控制器开发提供了一个有效的测试平台。

Abstract：

Many scholars devote to applying current advanced control theories to the ship motion control.However,there are many difficulties in verifying the performance of the control theories.In the view of this contradiction,a hardware-in-loop simulation system for ship motion control was designed,which includes ship motion controller based on DSP,ship motion simulation system,and control-monitoring system.The relative design of hardware and software was discussed.The simulation results show that the proposed hardware-in-loop simulation system has satisfactory performance and it can provide an effective test platform for the study of the ship motion control theories and the development of the ship motion controller in the laboratory environment.     

基于MATLAB的船舶运动控制实时仿真研究

针对开发船舶运动控制仿真平台的需要,引入了风、流、浪作用下的船舶三自由度非线性运动模型。通过电路设计和MATLAB软件编程开发了船舶运动控制实时仿真平台,输出实际舵角、航向和船位信号,并实现各种海况下的船舶运动模拟。将该仿真平台与航迹自动操舵仪对接,进行了静水、流和海浪条件下的旋回、螺旋、Z形等多项操纵仿真试验,对非线性以及环境干扰对船舶运动的影响进行了分析。试验表明,该平台设计合理,性能可靠,已成功应用于某新型航迹自动舵的开发项目中。     

基于方向谱的船舶摇荡运动仿真系统研究

船舶摇荡运动数据对于船舶设计与航行安全性分析十分重要,船舶模型在不同海况下的摇荡仿真可指导工程师优化船舶设计。构建了一种基于方向谱的船舶摇荡仿真方法。该方法采用方向谱描述海浪,由切片法获得船舶的响应振幅算子(RAO),基于线性假设和叠加原理采用频谱分析法计算获得船舶摇荡运动频域解和时域解。基于DIRECTX和VC++建立了船舶摇荡运动仿真系统,能仿真工作于不同风浪环境下的船舶摇荡运动响应,仿真结果与实测结果的频谱特征一致,并实现了船舶摇荡运动的仿真结果可视化,可综合反映船舶的航行状态。     

船舶电力推进系统仿真与试验平台

运用虚机实电思想,搭建了一套船舶电力推进系统仿真与试验平台。该平台能够完成以下两个功能:可以实时进行虚拟船舶驾驶和虚拟吊舱操纵的三维可视化仿真;可以进行吊舱螺旋桨的负载仿真试验。该平台不但可以作为调试船舶电气控制设备之用,还可以用来培训船舶驾驶员,具有良好的经济和社会效益。详细介绍了其软硬件结构和组成,并对系统的实时性问题提出了解决方案。通过试验验证了该平台确能实现上述功能。     

船舶机舱监测和报警系统的设计与实现

机舱检测和报警系统是现代化船舶自动化机舱的重要组成部分,针对国内部分船舶机舱检测和报警系统产品在功能和显示模式方面都无法完全满足自动化机舱发展的需要等缺点,采用了VC 可视化建模、数据库、网络等技术,设计和开发了船舶机舱监测和报警系统。该系统具有网络化和模块化结构,检测和报警采样点共735个,覆盖了机舱所有重要设备。为了简化系统结构和降低硬件成本,监测、报警、操作和控制功能全部由软件实现。仿真试验表明,系统的功能完善,显示模式多样化,有利于进行故障预测和诊断,也为船舶维修提供了较为充分的综合数据信息。该系统已经作为新一代大型船舶轮机模拟器的仿真子系统投入应用。     

三自由度运动仿真平台设计及应用

详细介绍了船舶三自由度运动仿真平台的控制原理及硬件和软件的工程实现，硬件由运动平台和电控系统构成，电控系统是双闭环反馈控制系统，执行机构是伺服电机，输入信号由计算机中控制软件给出，编制不同的控制软件，平台可以仿真实船不同的运动历程，最后介绍了平台在船舶运动预报中的应用。     

船舶减摇鳍逆模式小波神经网络自适应控制

根据船舶横摇运动的特点，本文提出以伪随机二元序列信号(PRBS)作为波倾角仿真输入信号，将逆模式小波神经网络自适应控制方法应用于船舶减摇鳍控制系统，取得了良好的减摇效果。仿真实验表明此方法能够克服传统PID控制适应性差的缺点，具有较好的容错性和较强的适应非线性的能力。     

可视化编程在舰艇作战指挥训练仿真系统中的应用

简要地描述了VisualBasic4.0forWindows面向对象可视化编程技术在舰艇作战指挥训练仿真系统中的应用,利用它的可视化编程和代码编程技术,实现了以前需要用软、硬件相互结合才能完成的舰载C3I作战指挥仿真训练系统。     

船舶运动航向自适应非线性控制的仿真研究

针对参数未知的船舶航向非线性控制系统数学模型，考虑船舶操舵伺服机构特性的情况下，船舶航向控制问题成一个虚拟控制系数未知的非匹配不确定非线性控制问题。引入Nussbaurrl函数，并采用逆推(backstepping）技术，成功地解决了上述困难，设计了船舶航向自适应非线性控制器；借助Lyapunov函数证明了所设计控制器使最终的闭环非匹配不确定船舶运动非线性系统中的所有信号有界，系统的实际航向自适应地保持设定航向。以大连海事大学“育龙”轮为例进行仿真研究，结果证明所设计的控制器是有效的。     

登陆舰装载输送过程视景仿真系统的研究

基于仿真的船舶设计方法可以离线模拟船舶作业流程,对改进船舶设计方案具有重要的指导意义.然而作业流程的复杂性和实体的多样性增加了仿真模拟的难度.在分析和描述登陆舰装载输送过程的基础上,设计了由物理仿真层、动作指令层和剧本描述层组成的面向复杂仿真过程的系统结构框架:解决了实体物理行为的关键算法、仿真实体类的设计和特效的模块化设计等系统关键技术,利用Creator,Vega和VC 开发工具实现了某型登陆舰装载输送过程视景仿真系统,取得了较好的模拟效果,为设计人员评价舰船设计方案和研究输转方法提供了决策手段和分析工具.     

基于a&ω六自由度运动模型的船舶运动参数发生器

针对航海模拟器中船舶运动数学模型建立过程过于复杂、仿真的有效性难以验证的问题, 结合船舶自身机动特点设计了一种新的船舶运动参数发生器, 可生成航海模拟器所需的各船舶运动参数。首先, 在响应模型的基础上, 建立了基于线加速度和角速度(linear acceleration and angular velocity, a & ω)的船舶运动模型。然后, 通过船舶运动微分方程求解了船舶位置、速度、姿态、航向等运动参数信息。最后, 提出相似度评估指标并将其应用于基于实测数据的仿真的验证。仿真验证结果表明, 船舶运动参数发生器能有效地模拟船舶在多种机动状况下的运动, 各船舶运动参数的相似度均在80%以上, 是一种有效的航海模拟器的船舶运动模拟仿真研究方法。     

基于反馈线性化的船舶舵鳍联合减摇MPC控制

针对船舶运动系统具有非线性、强耦合、多变量等特性,并考虑海洋环境对船舶运动影响,建立了一个能够比较全面反映船舶运动本质特性的四自由度(纵荡、横荡、横摇、艏摇)运动非线性数学模型,基于模型预测控制是一种在控制领域得到实际应用的多变量优化控制策略,设计了基于反馈线性化的船舶舵鳍联合减摇模型预测控制(MPC)系统。在不同海情下,完成了横摇与航向联合控制仿真实验,结果表明：该控制方法鲁棒性强,既能实现精确的航向控制又能得到良好的减摇效果。     

虚拟现实技术在港口集装箱码头装卸仿真系统中的应用

仿真是目前对港口集装箱码头装卸流程、工艺进行规划的有效手段,本文把虚拟现实技术、计算机仿真技术、机械设计技术相结合,以港口集装箱码头装卸系统为研究对象,利用虚拟现实仿真软件Multi-Gen,建立了包括岸桥、堆场集装箱龙门起重机、船舶、集装箱拖车以及集装箱等在内的三维场景,通过人机交互驱动仿真对象的动作,实现对港口集装箱装卸工艺流程的三维动态仿真,同时通过人机交互可实时调整各对象的机械和运动参数,达到装卸过程仿真可视化、参数化的目的。