船用柴油机虚拟现实操作演示与培训试验台制造技术

本实用新型专利技术属于内燃机工程技术领域，具体的说是船用柴油机虚拟现实操作演示与培训试验台，包括虚拟柴油机(1)、传感器信号模拟装置(2)、船用电控系统(3)、负载模拟装置(4)、数据采集单元(5)、虚拟现实单元(6)、教学操作平台(7)和缸压采集单元(8)。本实用新型专利技术可弥补纯数字仿真中存在的一些缺陷，提高整个仿真模拟系统的置信度，提供一种船用柴油机虚拟现实操作演示与培训试验台以满足轮机管理和维护管理技术人员，系统、直观和沉浸式地理解现代智能型柴油机的电控系统的工作原理，提高维护管理水平。

Demonstration and training test platform for virtual reality operation of marine diesel engine

The utility model belongs to the technical field of internal combustion engine, in particular, the virtual reality operation demonstration and training test bench for marine diesel engine, including virtual diesel engine (1), sensor signal simulator (2), marine electronic control system (3), load simulation device (4), data acquisition unit (5), virtual reality unit (6), and teaching operation flat. The platform (7) and the cylinder pressure acquisition unit (8). The utility model can make up some defects in the pure digital simulation, improve the confidence of the whole simulation system, and provide a virtual reality operation demonstration and training test bench for marine diesel engine to meet the technical personnel of the marine management and maintenance management, and to systematically, intuitively and immerse the electricity of the modern intelligent diesel engine. The working principle of the control system is improved, and the maintenance management level is improved.

【技术实现步骤摘要】
船用柴油机虚拟现实操作演示与培训试验台
本技术属于内燃机工程
，具体的说是船用柴油机虚拟现实操作演示与培训试验台。
技术介绍
国内船用发动机在虚拟仿真试验、教学和培训方面的发展相对滞后，这与船用发动机自身系统庞大、结构复杂等特点有较大的关系，目前比较有代表性的仿真产品包括面向船舶驾驶员的船舶操纵模拟器和面向船舶动力装置操控的轮机模拟器等。现在国外船舶主机厂商和研发机构已开发了船舶主机电控系统的仿真模拟器，但这些并非重点模拟柴油机具体的工作原理和工作过程。此类仿真模拟器只适用于主机电控系统结构认知学习和控制参数修改培训，在主机操纵实训及工作原理动态演示等方面还存在不足，而且此类电控系统仿真模拟器采用纯数学仿真，不包相关执行机构实物，也未在仿真模拟器中对执行机构的动作进行模拟，使得培训人员没有完整系统的沉浸感，降低了其操作体验的真实度和实训效果。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在于，弥补纯数字仿真中存在的一些缺陷，提高整个仿真模拟系统的置信度，提供一种船用柴油机虚拟现实操作演示与培训试验台以满足轮机管理和维护管理技术人员，系统、直观和沉浸式地理解现代智能型柴油机的电控系统的工作原理，提高维护管理水平。本技术所涉及的船用柴油机虚拟现实操作演示与培训试验台，其特殊之处在于，包括虚拟柴油机、传感器信号模拟装置、船用电控系统、负载模拟装置、数据采集单元、虚拟现实单元、教学操作平台和缸压采集单元。进一步地，所述虚拟柴油机用于生成柴油机实时仿真模型，发送对应数据至虚拟现实单元和传感器信号模拟装置；所述传感器信号模拟装置，用于根据柴油机实时仿真模型和虚拟柴油机的提供的相应数据，生成对应的物理信号分别传送至船用电控系统、缸压采集单元和教学操作平台；所述船用电控系统，用于将传感器信号模拟装置生成的对应模拟信号进行逻辑运算，根据运算结果输出控制信号至负载模拟装置，并且与教学操作平台进行通信；所述负载模拟装置，用于将船用电控系统输出的控制信号转换为电气信号传送至数据采集单元；所述数据采集单元，用于采集负载模拟装置的电气信号与虚拟柴油机进行数据交互，并将信号传送至虚拟现实单元。更进一步地，所述虚拟柴油机包括：转速仿真计算模块，用于对柴油机转速进行仿真计算；工作过程模拟模块，用于对柴油机的工作过程进行模拟；传感器模拟控制模块，用于发送对应数据至传感器信号模拟装置，从而控制传感器信号模拟装置信号生成。再进一步地，所述虚拟现实单元包括虚拟现实仿真模块和虚拟现实显示模块；所述虚拟现实仿真模块包括：通讯数据处理子模块，用于接收虚拟柴油机和数据采集单元发送的对应数据进行处理；三维模型建立子模块，用于进行柴油机的三维模型建立；三维图形渲染子模块，用于柴油机的三维图形渲染；虚拟环境建模子模块，用于柴油机的虚拟环境建模；所述虚拟现实显示模块，用于与虚拟现实仿真模块进行图形交互，从而作为显示载体，包括LED虚拟显示屏、3D眼镜、3D发射器和相关线材附件。还进一步地，所述教学操作平台包括监控模块、机旁操作模块、远程操控模块和参数控制模块；所述监控模块，用于接收传感器信号模拟装置传送的对应物理信号，包括对教学操作平台进行管理的教学平台管理子模块、显示参数控制模块状态参数的状态参数显示子模块和对错误的参数进行报警显示的报警显示子模块；所述远程操控模块，用于分别与船用电控系统和参数控制模块进行通信，完成远程操控；所述机旁操作模块，用于与参数控制模块进行通信，完成机旁操控。又进一步地，所述传感器信号模拟装置包括燃油模块、伺服油模块、启动空气模块、曲轴转角模块和缸压模拟信号模块；所述燃油模块、伺服油模块、启动空气模块和曲轴转角模块输出对应物理信号至船用电控系统；所述曲轴转角模块还输出物理信号通过负载模拟装置转换为电气信号传送至数据采集单元；所述缸压模拟信号模块输出物理信号至缸压采集单元。优选地，所述负载模拟装置包括喷油控制电磁阀、燃油泵调节模块、排气控制电磁阀排气控制电磁阀、伺服油泵调节模块、启动空气模块和公共启动模块。优选地，所述数据采集单元将负载模拟装置输出的电气信号分别对应转换为电压信号、电流信号和数字量信号与虚拟柴油机进行数据交互。优选地，所述缸压采集单元包括：信号采集模块、参数显示模块和缸压传感器；所述采集模块，用于接收缸压模拟信号模块输出的物理信号；所述参数显示模块，用于显示柴油机的运行状态。在上述技术方案中，所述操作培训系统还包括执行机构的零部件，用于提供结构认知和拆装培训功能。本技术利用硬件在环仿真技术可将含有复杂控制逻辑的电控单元，通过合理的接口与外部执行机构进行集成仿真，弥补纯数字仿真中存在的一些缺陷，提高整个仿真模拟系统的置信度，以满足轮机管理和维护管理技术人员，系统、直观和沉浸式地理解现代智能型柴油机的电控系统的工作原理，提高维护管理水平。本技术的有益之处在于：1.本技术可直观反映船用柴油机电控系统组成及结构，体现出船用柴油机的典型结构特征和技术特点；2.本技术可模拟出真实柴油的工作过程，培训人员可完成主机起动、运行和停车等操纵内容的相关培训；3.本技术可直观演示船用柴油机电控系统工作原理以及智能型柴油机工作时各冲程的状态；4.本技术可进行船用柴油机电控系统关键控制参数的设置，同时可直观演示出柴油机相应的反馈动作；5.本技术能够模拟出柴油机运转时气缸压力的变化，利用所述系统可进行缸压测量系统的操作培训；6.本技术可进行船用柴油机的关键零部件结构认知与拆装培训。附图说明下面将结合附图及实施例对本技术作进一步说明，附图中：图1是本技术实施例的结构框图；图2是本技术实施例的结构示意图；图3是本技术实施例中虚拟柴油机的信号流示意图；图4是本技术实施例中虚拟柴油机的信号输入输出示意图；图5是本技术实施例中传感器信号模拟装置的信号流示意图；图6是本技术实施例中数据采集单元的信号流示意图；图7是本技术实施例中虚拟现实单元的信号流示意图。图中：虚拟柴油机1、传感器信号模拟装置2、船用电控系统3、负载模拟装置4、数据采集单元5、虚拟现实单元6(其中：虚拟现实仿真模块6.1、虚拟现实显示模块6.2)、教学操作平台7(监控模块模块7.1、机旁操作模块7.2、远程操作模块7.3、参数控制模块7.4)、缸压采集单元8、执行机构零部件9。具体实施方式为了对本技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本技术的具体实施方式。如图1至图7所示，本技术所述的一种船用柴油机虚拟现实操作演示与培训试验台，包括虚拟柴油机1、传感器信号模拟装置2、船用电控系统3、负载模拟装置4、数据采集单元5、虚拟现实单元6、教学操作平台7、缸压采集单元8和执行机构的零部件9。虚拟柴油机1用于生成柴油机实时仿真模型，发送对应数据至虚拟现实单元6和传感器信号模拟装置2。其中，虚拟柴油机1的作用是模拟船用柴油机的实际工作过程。虚拟柴油机1包括：转速仿真计算模块，用于对柴油机转速进行仿真计算；工作过程模拟模块，用于对柴油机的工作过程进行模拟；传感器模拟控制模块，用于发送对应数据至传感器信号模拟装置2，从而控制传感器信号模拟装置2信号生成。如图7所示，柴油机实时仿真单元1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船用柴油机虚拟现实操作演示与培训试验台，其特征在于，包括虚拟柴油机（1）、传感器信号模拟装置（2）、船用电控系统（3）、负载模拟装置（4）、数据采集单元（5）、虚拟现实单元（6）、教学操作平台（7）和缸压采集单元（8），所述虚拟柴油机（1）用于生成柴油机实时仿真模型，发送对应数据至虚拟现实单元（6）和传感器信号模拟装置（2）；所述传感器信号模拟装置（2），用于根据柴油机实时仿真模型和虚拟柴油机（1）的提供的相应数据，生成对应的物理信号分别传送至船用电控系统（3）、缸压采集单元（8）和教学操作平台（7）；所述船用电控系统（3），用于将传感器信号模拟装置（2）生成的对应模拟信号进行逻辑运算，根据运算结果输出控制信号至负载模拟装置（4），并且与教学操作平台（7）进行通信；所述负载模拟装置（4），用于将船用电控系统（3）输出的控制信号转换为电气信号传送至数据采集单元（5）；所述数据采集单元（5），用于采集负载模拟装置（4）的电气信号与虚拟柴油机（1）进行数据交互，并将信号传送至虚拟现实单元（6）。

【技术特征摘要】
1.一种船用柴油机虚拟现实操作演示与培训试验台，其特征在于，包括虚拟柴油机（1）、传感器信号模拟装置（2）、船用电控系统（3）、负载模拟装置（4）、数据采集单元（5）、虚拟现实单元（6）、教学操作平台（7）和缸压采集单元（8），所述虚拟柴油机（1）用于生成柴油机实时仿真模型，发送对应数据至虚拟现实单元（6）和传感器信号模拟装置（2）；所述传感器信号模拟装置（2），用于根据柴油机实时仿真模型和虚拟柴油机（1）的提供的相应数据，生成对应的物理信号分别传送至船用电控系统（3）、缸压采集单元（8）和教学操作平台（7）；所述船用电控系统（3），用于将传感器信号模拟装置（2）生成的对应模拟信号进行逻辑运算，根据运算结果输出控制信号至负载模拟装置（4），并且与教学操作平台（7）进行通信；所述负载模拟装置（4），用于将船用电控系统（3）输出的控制信号转换为电气信号传送至数据采集单元（5）；所述数据采集单元（5），用于采集负载模拟装置（4）的电气信号与虚拟柴油机（1）进行数据交互，并将信号传送至虚拟现实单元（6）。2.根据权利要求1所述的船用柴油机虚拟现实操作演示与培训试验台，其特征在于，所述虚拟柴油机（1）包括：转速仿真计算模块，用于对柴油机转速进行仿真计算；工作过程模拟模块，用于对柴油机的工作过程进行模拟；传感器模拟控制模块，用于发送对应数据至传感器信号模拟装置（2），从而控制传感器信号模拟装置（2）信号生成。3.根据权利要求2所述的船用柴油机虚拟现实操作演示与培训试验台，其特征在于，所述虚拟现实单元（6）包括虚拟现实仿真模块（6.1）和虚拟现实显示模块（6.2）；所述虚拟现实仿真模块（6.1）包括：通讯数据处理子模块，用于接收虚拟柴油机（1）和数据采集单元（5）发送的对应数据进行处理；三维模型建立子模块，用于进行柴油机的三维模型建立；三维图形渲染子模块，用于柴油机的三维图形渲染；虚拟环境建模子模块，用于柴油机的虚拟环境建模；所述虚拟现实显示模块（6.2），用于与虚拟现实仿真模块（6.1）进行图形交互，从而作为显示载体，包括LED虚拟显示屏、3D眼镜、3D发射器和相关线材附件。4.根据权利要求1所述的船用...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勤鹏，詹祖焱，余永华，杨建国，贺玉海，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：新型
国别省市：湖北,42