一种面向操作训练用的舰船复杂系统的模拟仿真系统技术方案

本发明专利技术公开了一种面向操作训练用的舰船复杂系统的模拟仿真系统，包括：舰船主要组成系统的模拟系统：包括模拟操作控制显控系统、模拟动力显控系统和模拟保障显控系统；物理模型仿真系统，用于舰船动力系统中的各物理模型仿真；舰船舱室模拟系统，用于采用虚拟现实技术对舰船总体和舰船舱内设备模拟；分布式协同仿真平台，用于舰船模拟仿真系统中的各系统进行网络联合仿真和数据交换；数据共享管理模块，用于舰船模拟仿真系统中的各系统的数据存储和共享。通过本系统构建的训练系统将具有降低培训成本、减少培训风险、缩短培训时间、综合性价高的优点，可以满足部队训练需求。

【技术实现步骤摘要】
一种面向操作训练用的舰船复杂系统的模拟仿真系统
本专利技术涉及船舶系统仿真技术，尤其涉及一种面向操作训练用的舰船复杂系统的模拟仿真系统。
技术介绍
当前国内舰船操作训练基本都在半实物模拟器或实船上完成。由于舰船组成系统多且复杂，部队所配备的各种模拟器和模拟培训系统大多只具备单一系统的模拟训练功能，各系统模拟器建设标准、开发平台、运行平台、操作规范都不统一，使得各模拟器及培训系统之间信息难以交互、资源无法共享、学习借鉴困难，降低了系统总体效率和效益，可推广性差，不利于战斗力生成模式转换。近年来，新型舰船陆续入列部队，舰船自动化程度越来越高，信息化水平逐渐提升。面临装备大发展、大跨越的形势，现有模拟仿真方式难以适应新型培训系统的要求，急需一种面向操作训练用的舰船复杂系统模拟仿真方法。国外已提出虚拟舰船概念，即应用虚拟现实技术、HLA/DIS分布式仿真技术等先进技术，像建造真实舰船一样，对各组成系统建模，模拟人在回路舰船操作，主要用于舰船操作训练。各国已针对舰船各系统操作训练研制了虚拟仿真软件，包括舰船操纵、设备维修、损管和作战指挥控制等多个专业应用，这些软件提供舱室漫游和海洋环境三维视景显示等功能，极大地增强了受训人员的体验效果，作为半实物训练装置的有力补充。然而国外披露的舰船虚拟仿真侧重于三维视觉效果，对人与三维设备模型交互和三维设备模型之间内在的物理关联并无深入考虑，因此基本不支持受训人员与舱内虚拟设备交互操作训练、虚拟设备根据系统运行状况发生变化。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种面向操作训练用的舰船复杂系统的模拟仿真系统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种面向操作训练用的舰船复杂系统的模拟仿真系统，包括：舰船主要组成系统的模拟系统：包括模拟操作控制显控系统、模拟动力显控系统和模拟保障显控系统；所述模拟操作控制显控系统、模拟动力显控系统和模拟保障显控系统通过虚拟显控设备实现；物理模型仿真系统，用于舰船动力系统中的各物理模型仿真；舰船舱室模拟系统，用于采用虚拟现实技术对舰船总体和舰船舱内设备模拟；分布式协同仿真平台，用于舰船模拟仿真系统中的各系统进行网络联合仿真和数据交换；数据共享管理模块，用于舰船模拟仿真系统中的各系统的数据存储和共享。按上述方案，所述虚拟显控设备由显控界面逻辑控制模型实现各种显示交互仿真；其中，显控界面逻辑控制模型的工作过程如下：物理逻辑控制模型根据物理模型实现各种工况下系统运行仿真，显控界面逻辑控制模型和物理逻辑控制模型之间共同实现有操作人员参与的系统综合仿真。按上述方案，所述分布式协同仿真平台采用HLA架构，并采用DDS提供高速数据通信机制。按上述方案，所述物理模型仿真系统针对各典型工况，对各关联系统设备组成和工作原理吸收各专业领域现有仿真技术研究成果，按照运动学、动力学、电力、介质、控制领域进行自主仿真建模，采用模块化的设计理念，将各专业仿真模型封装成模块(构件)，对外提供具有相同访问方式的数据和控制接口，模块内部模型实现可根据仿真功能和精度要求进行改进升级，各模块可按需组合以实现仿真功能。按上述方案，所述舰船舱室模拟系统采用虚拟现实技术模拟舰船总体和舰船舱内设备具体如下：采用虚拟现实技术根据舰船外形对舰船总体及舱室进行三维建模，根据各系统设备外形尺寸、显示及操作部件和实物图片进行三维建模。本专利技术产生的有益效果是：计算机上全面模拟舰船总体、系统和各设备的组成、功能、实际操作和信息交互过程，并辅之以定制化的特效设计，将给用户带来前所未有的体验效果，用户可迅速熟悉舰船装备使用场景、基本操作流程、强化实艇操作的意识，可实现用户操作培训功能。采用该构建训练系统将具有降低培训成本、减少培训风险、缩短培训时间、综合性价高的优点，可以满足部队训练需求。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1为本专利技术实施例的系统构架图；图2为本专利技术实施例的模型层次结构图；图3为本专利技术实施例的典型仿真流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，一种面向操作训练用的舰船复杂系统的模拟仿真系统，包括：舰船主要组成系统的模拟系统：包括模拟操作控制显控系统、模拟动力显控系统和模拟保障显控系统；所述模拟操作控制显控系统、模拟动力显控系统和模拟保障显控系统通过虚拟显控设备实现；模拟操作控制显控系统、模拟动力显控系统和模拟保障显控系统模型层次结构如图2，虚拟显控设备由显控界面逻辑控制模型实现各种显示交互仿真；其中，显控界面逻辑控制模型的工作过程如下：物理逻辑控制模型根据物理模型实现各种工况下系统运行仿真，显控界面逻辑控制模型和物理逻辑控制模型之间共同实现有操作人员参与的系统综合仿真。物理模型仿真系统，用于舰船动力系统中的各物理模型仿真；物理模型仿真系统针对各典型工况，对各关联系统设备组成和工作原理吸收各专业领域现有仿真技术研究成果，按照运动学、动力学、电力、介质、控制领域进行自主仿真建模，采用模块化的设计理念，将各专业仿真模型封装成模块(构件)，对外提供具有相同访问方式的数据和控制接口，模块内部模型实现可根据仿真功能和精度要求进行改进升级，各模块可按需组合以实现仿真功能。对于具体的各专业建模技术途径，简述如下：运动学建模：拟采用船舶运动方程模型，系数(参数)可采用实船试验数据或型号设计过程中船舶模型的试验数据。动力学建模：主要工作是根据电动机的机械特性对电动机调速过程进行建模，系数(参数)根据不同型号电动机而定。1)柴油发电机系统数学仿真模型励磁电压Uf，励磁电感Lf，励磁电流if，励磁电阻Rf，发电机端电压Ua，发电机电动势E，电枢电感La，发电机电枢电流ia，电枢绕组阻值Ra，角速度ω，电磁转矩Te，互感系数Laf，时间t。励磁回路：电枢回路：基本方程：在SimuWorks平台上，利用Fortran语言进行二次开发，实现该数学仿真模型。2)螺旋桨的数学仿真模型船速v，时间t，螺旋桨产生的有效推力P，艇总阻力R；艇的运动质量m，海水密度ρ，推力系数KP，扭矩系数KM，螺旋桨直径D，伴流系数w，螺旋桨转矩T，螺旋桨转速n，进速比J，J∈[-1,1]，KP和KM分别都是J的函数。P＝Kp(1-tp)ρD2[(1-w)2v2+D2n2],(n≠0或v≠0)T＝KMρD3[(1-w)2v2+D2n2],(n≠0或v≠0)R＝|v|v3在SimuWorks平台上，利用Fortran语言进行二次开发，实现该数学仿真模型。电力建模：先从蓄电池、断路器板、交流配电板、推进电机和控制板等主要电力设备模拟开始，分析各设备等效的电力模型，便于分析，可只考虑一舷供电，构建供电、输电、设备用电网络模型。1)蓄电池的充电数学仿真模型蓄电池负载电流ia，充电时间t，蓄电池荷电状态k，额定放电时间时的电池容量Qτn；蓄电池温度τ，蓄电池充电内阻Rω；蓄电池电动势E(k)；蓄电池端电压u(t,k)。ia＞0u(t,k)＝E(k)+ia(t)Rω(ia,t,τ,k)在SimuWorks平台上，利用Fortran语言进行二次开发，实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向操作训练用的舰船复杂系统的模拟仿真系统，其特征在于，包括：舰船主要组成系统的模拟系统：包括模拟操作控制显控系统、模拟动力显控系统和模拟保障显控系统；所述模拟操作控制显控系统、模拟动力显控系统和模拟保障显控系统通过虚拟显控设备实现；物理模型仿真系统，用于舰船动力系统中的各物理模型仿真；舰船舱室模拟系统，用于采用虚拟现实技术对舰船总体和舰船舱内设备模拟；分布式协同仿真平台，用于舰船模拟仿真系统中的各系统进行网络联合仿真和数据交换；数据共享管理模块，用于舰船模拟仿真系统中的各系统的数据存储和共享。

【技术特征摘要】
1.一种面向操作训练用的舰船复杂系统的模拟仿真系统，其特征在于，包括：舰船主要组成系统的模拟系统：包括模拟操作控制显控系统、模拟动力显控系统和模拟保障显控系统；所述模拟操作控制显控系统、模拟动力显控系统和模拟保障显控系统通过虚拟显控设备实现；物理模型仿真系统，用于舰船动力系统中的各物理模型仿真；舰船舱室模拟系统，用于采用虚拟现实技术对舰船总体和舰船舱内设备模拟；分布式协同仿真平台，用于舰船模拟仿真系统中的各系统进行网络联合仿真和数据交换；数据共享管理模块，用于舰船模拟仿真系统中的各系统的数据存储和共享。2.根据权利要求1所述的面向操作训练用的舰船复杂系统的模拟仿真系统，其特征在于，所述虚拟显控设备由显控界面逻辑控制模型实现各种显示交互仿真；其中，显控界面逻辑控制模型的工作过程如下：物理逻辑控制模型根据物理模型实现各种工况下系统运行仿真，显控界面逻辑控制模型和物理逻辑控制模型之间共同实现有操作人员参与的系统综合仿真。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱清波，何芬芬，夏伟，陈冰，谢华，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：湖北,42