船舶运动与主机推进网络控制仿真系统技术方案

本发明专利技术涉及一种综合考虑船舶操舵与主动力装置两方面因素的船舶运动与主机推进网络控制仿真系统，主要由船舶运动虚拟现实仿真场景、船舶柴油主机三维运动模型、自动操舵系统、集控室主机遥控系统及驾控台主机遥控单元、系统调度服务器和ＤＣＯＭ群组通信六部分组成。船舶运动虚拟现实仿真场景、船舶柴油主机三维运动模型、自动操舵系统、集控室主机遥控系统及驾控台主机遥控单元、系统调度服务器分别通过ＤＣＯＭ群组通信实现数据的相互连接。本发明专利技术可提高船舶运动控制效果；有利于防止柴油机过载和提高动力装置可靠性和经济性；提高模拟器的精度和船员的训练水平。

Ship movement and main propulsion network control simulation system

The invention relates to a network control simulation system of ship motion considering ship steering and active force of the two aspects of factors and the main propulsion device, mainly by the ship motion virtual reality simulation scene, the 3D motion model of ship diesel engine, automatic steering system, control system and main machine remote control console host remote control unit and system scheduling server and DCOM group communication is composed of six parts. Ship motion virtual reality simulation scene, the 3D motion model of ship diesel engine, automatic steering system, centralized control room host remote control system and control console host remote control unit and system scheduling server respectively through the realization of DCOM data communication groups are connected to each other. The invention can improve the control effect of the ship movement, prevent the overload of the diesel engine and improve the reliability and economy of the power device; improve the accuracy of the simulator and the training level of the crew.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种综合考虑船舶操舵与主动力装置两方面因素的船舶运动与主机推进网络控制仿真系统。
技术介绍
船舶作为海上交通运输的重要工具，长期以来船舶主动力装置与航向控制两个系统是完全独立的，而实际上，船舶主动力装置的控制与船舶运动密切相关，根据船舶操纵原理，舵 与水的相对速度越高，舵效就越明显。船速高时，操舵的控制作用效果显著；在船舶靠离泊时，通常船速较低，这时仍需要频繁控制主机转速，使螺旋桨产生相对于舵叶的水流，以保 证操舵效果从而获得良好的船舶操纵特性。船舶柴油主机在额定负荷及其近旁工作点时效率最高，此时主机运行于经济、稳定可靠的工作状态。当船舶转向时，舵要偏转一个角度，船 体在斜水流中甜进，船舶阻力要比直线航行时明显增加，在相同的螺旋桨转速下，船速会降低，螺旋桨特性曲线变陡，可能产生主机排烟温度升高、燃烧不完全，机械负荷超负荷的情 况，严重时可引起主机气缸套、气缸盖损坏。以往对于船舶主机和操舵完全独立的控制方式，存在明显的局限性，若能实现这两个系 统的协调控制，既可实现船舶节能，又可减少对于船舶主机运行的不利影响，从而有利于取 得船舶运动控制的优化效果。
技术实现思路
本专利技术为实现船舶的综合节能优化控制并提高船舶系统的整体经济性，综合考虑船舶操 舵与主机两方面的因素，提出一套船舶运动与主机推进化网络控制仿真系统。本专利技术的技术方案是船舶运动与主机推进网络控制仿真系统，主要由船舶运动虚拟现实仿真场景l、船舶柴油主机三维运动模型2、自动操舵系统3、集控室主机遥控系统及驾控台主机遥控单元4、系统调度服务器5和DCOM (Distributed Component Object Model)群 组通信6六部分组成。船舶运动虚拟现实仿真场景l、船舶柴油主机三维运动模型2、自动操 舵系统3、集控室主机遥控系统及驾控台主机遥控单元4和系统调度服务器5分别通过DCOM 群组通信6实现数据的相互连接。所述的船舶柴油主机三维运动模型2、自动操舵系统3、集 控室主机遥控系统及驾控台主机遥控单元4、系统调度服务器5和DC0M群组通信6由VC (Visual C++)丌发，船舶运动虚拟现实仿真场景1由VC (Visual 〔++)和WTK (World Tool Kit) 混合编程实现。系统调度服务器5利用逻辑时间和逻辑时间戳机制，采用一种同步启动调度策略对船舶运动虚拟现实仿真场景1、船舶柴油主机三维运动模型2、自动操舵系统3和集控 室主机遥控系统及驾控台主机遥控单元4进行协调调度，实现各仿真子系统加入，仿真启动， 仿真运行、仿真结束控制。DC0M群组通信6通过构建DC0M群组通信6模型，采用一种动态 和静态调度相结合的集中式负载平衡解决方案，实现各仿真子系统的多点通信要求。本专利技术的工作原理是整套系统由船舶运动虚拟现实仿真场景l、船舶柴油主机三维运 动模型2、自动操舵系统3、集控室主机遥控系统及驾控台主机遥控单元4、系统调度服务器5 和DCOM群组通信6六部分组成。仿真子系统l至5采用DCOM群组通信6，通过网络来进行信 息交换，每个仿真子系统通过获取其它子系统的信息来计算对本子系统的影响，并将本子系 统的状态通过网络发送给相关的子系统，各个仿真子系统通过相互通信实现仿真数据和视景 的协调。其中系统调度服务器5负责对子系统1至4进行协调调度，实现各仿真子系统加入，仿 真启动，仿真运行、仿真结束等控制。该套仿真系统以三维虛拟仿真的方式展现一艘船舶的航向和柴油主机转速的实时控制仿 真过程，由操舵仪-舵-船舶航向、主机-螺旋桨-船舶航速构成了一个完整的船舶运动闭环控制 系统。在随动操纵方式下，通过鼠标拖动自动操舵系统3中的虚拟舵盘可以实时改变船舶运 动虚拟现实仿真场景1中船舶运动航向；船舶柴油主机遥控仿真部分与实船系统一致，包括 位于机舱集中控制室主机遥控系统和虚拟驾驶台主机遥控单元，通过鼠标拖动集控室主机遥 控系统及驾控台主机遥控单元4中的虚拟车钟和油门设定各种正、倒车车令，并调节油门的 大小，可以实时改变船舶柴油主机三维运动模型2中柴油主机的转速，系统配有机舱实时音 响仿真效果，逼真地体现了主机起动，换向，力n、减速，稳定运行时的现场感。在自动操纵 方式下，通过自动操舵系统3和集控室主机遥控系统及驾控台主机遥控单元4选择相应的船 舶运动控制算法和柴油主机转速控制算法，船舶运动虛拟现实仿真场景1中船舶运动航向和 船舶柴油主机三维运动模型2中的主柴油机转速将分别按期望状态进行实时控制。船舶运动与主机推进网络控制仿真系统主要具有以下功能(1) 船型的选择以及实船参数的设置。本仿真系统提供大型集装箱船和油轮两种船型， 使用者还可根据需要自行输入不同船型及实船参数如船舶长度、吃水、方形系数等及海况参 数如风浪强度、方向等。3船舶参数变化时，船舶的航行海况、运行轨迹及控制舵角等都将 相应改变。(2) 船舶运动与主机推进控制算法的选择。本仿真系统包含了智能PID、多模态智能控制， 模糊CMAC控制，混合智能控制等多种控制算法，操作者可以选择其中任意算法进行船舶运 动控制与主机推进控制的仿真实验。各控制算法设计成模块化结构，便于以后的修改与扩充。(3) 船舶操纵方式选择。本系统船舶仿真与实船操纵方式一致，分为自动/随动两种状态。在自动状态下，用户可通过选择不同控制算法，在设定期望航向和航速下，船舶能进行自动 航行；在随动控制方式下，可以用鼠标拖动舵盘和车钟改变船舶运动的航向和航速。本仿真 系统在船舶的自动运行状态中还设有直线运行、Z型试验、回转试验等几种典型的运行试验 状态。(4)系统在线和离线仿真模式的选择。本仿真系统提供在线和离线两种仿真模式，在线 模式仿真以三维虛拟仿真的方式展现一艘船舶的航向和柴油主机转速的实时控制仿真过程， 由操舵仪-舵-船舶航向、主机-螺旋桨-船舶航速构成了一个完整的船舶运动闭环控制系统。在 随动操纵方式下，通过鼠标拖动自动操舵系统3中的虚拟舵盘可以实时改变船舶运动虚拟现 实仿真场景1中船舶运动航向；通过鼠标拖动集控室主机遥控系统及驾控台主机遥控单元4 中的虚拟车钟可以实时改变船舶柴油主机三维运动模型2中主机柴油转速。在自动操纵方式 下，通过选择控制算法，可以观察船舶运动虚拟现实仿真场景1中船舶运动航向和船舶柴油 主机三维运动模型2中的主柴油机转速分别按期望状态进行实时控制。选择离线仿真模式时， 自动操舵系统3可进行船舶航向的离线控制仿真，以曲线方式显示船舶的航向、舵角变化； 集控室主机遥控系统及驾控台主机遥控单元4可进行船舶主机转速的离线控制仿真，以曲线方式显示船舶主机转速和船舶航速的变化。本专利技术的有益效果是能让用户实现对虚拟船舶航向和航速的网络控制，同时给网络控制算法、实时调度算法等理论研究者提供一种实际的算法验证平台，也可作为船舶控制系统仿真的科研设备。提出的机-舵协调网络化控制方案，有利于从理论上研究船舶运动和柴油机的综合控制方法，提高船舶运动控制效果；有利于船舶航行安全；有利于防止柴油机过载和提高动力装置可靠性和经济性；有利于建立航海和轮机综合模拟器，提高模拟器的精度和船员的训练水平。对于实现船舶的综合节能优化控制，提高船舶系统的整体经济性，延长主动力装置工作寿命将具有重要意义。附图说明图1是本文档来自技高网...

【技术保护点】
船舶运动与主机推进网络控制仿真系统，其特征在于，主要由船舶运动虚拟现实仿真场景（１）、船舶柴油主机三维运动模型（２）、自动操舵系统（３）、集控室主机遥控系统及驾控台主机遥控单元（４）、系统调度服务器（５）和ＤＣＯＭ群组通信（６）六部分组成，船舶运动虚拟现实仿真场景（１）、船舶柴油主机三维运动模型（２）、自动操舵系统（３）、集控室主机遥控系统及驾控台主机遥控单元（４）和系统调度服务器（５）分别通过ＤＣＯＭ群组通信（６）实现数据的相互连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈智鹏，郭晨，李晖，孙建波，史成军，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]