一种六自由度运动数学模型与海浪匹配的船舶模拟系统技术方案

本发明专利技术公开了一种六自由度运动数学模型与海浪匹配的船舶模拟系统，涉及船舶姿态模拟仿真技术领域；包括载满水源的海洋模拟桶、漂浮于海洋模拟桶内的仿真模型船以及用于模拟生成海浪的海浪匹配机构，所述海洋模拟桶内设置有微型通讯站，所述仿真模型船上设置有与微型通讯站通讯连接的通讯仪，且所述仿真模型船上设置有旋转感应机构。本发明专利技术通过将船只在海上运动模型简化为载满水源的海洋模拟桶、漂浮于海洋模拟桶内的仿真模型船，利用海浪匹配机构生产浪花，在利用微型通讯站通讯连接的通讯仪与旋转感应机构，实现了船只在遇到海浪时三轴速度以及旋转加速的仿真模拟，更为全面，能更好的研究船只的姿态变化。更好的研究船只的姿态变化。更好的研究船只的姿态变化。

【技术实现步骤摘要】
一种六自由度运动数学模型与海浪匹配的船舶模拟系统


[0001]本专利技术涉及船舶姿态模拟仿真
，尤其涉及一种六自由度运动数学模型与海浪匹配的船舶模拟系统。

技术介绍

[0002]船舶作为重要的海上运输工具,在模拟航行过程中,船舶运动数学模型决定船舶运动的状态,其精度直接影响着船舶操纵模拟器仿真的逼真度。正确建立船舶运动数学模型是大型船舶操纵模拟器的关键技术之一。
[0003]在现有技术中，船舶运动的仿真(船舶姿态)大多采用三自由度来评价，然而在对于船舶形式中遇到海浪时，除了其位于x、y、z轴的速度变化之外，船只也会沿着x、y、z轴发生自转，而对于船舶的稳定性而言，其自转的角度研究与船舶稳定性有很高的关联性。
[0004]为此，本专利技术提出一种六自由度运动数学模型与海浪匹配的船舶模拟系统，旨在解决现有技术三自由度仿真数据不全面的问题，而从六自由度进行仿真模拟。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种六自由度运动数学模型与海浪匹配的船舶模拟系统。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0007]一种六自由度运动数学模型与海浪匹配的船舶模拟系统，包括载满水源的海洋模拟桶、漂浮于海洋模拟桶内的仿真模型船以及用于模拟生成海浪的海浪匹配机构，所述海洋模拟桶内设置有微型通讯站，所述仿真模型船上设置有与微型通讯站通讯连接的通讯仪，且所述仿真模型船上设置有旋转感应机构。
[0008]优选地：所述旋转感应机构为沿三轴垂直布置的陀螺仪，所述陀螺仪为光纤陀螺仪。
[0009]优选地：所述微型通讯站固定于海洋模拟桶内，且其个数大于或等于三个，其可以通过无线波的传递速度以及通讯时间差得到仿真船模型分别与三个微型通讯站的距离L1、L2、L3。
[0010]优选地：模拟方法包括以下步骤：
[0011]S1：以海洋模拟桶所在区域建立三维坐标系，本实施例中，以海洋模拟桶的轴线作为z轴，以静止情况下水平面作为xoy平面，从而形成整个坐标系；
[0012]S2：启动仿真模型船，使其运动；
[0013]S3：启动海洋匹配机构，生成海浪；
[0014]S4：仿真模型船经过海浪前、后、以及整个过程，旋转感应机构可对其x、y、z三轴旋转进行感应，其分别为ω
x
、ω
y
、ω
z
；
[0015]S5：并且通过卫星通讯站与通讯仪计算其整个过程中沿x、y、z轴的速度变化，其分别为V
x
、V
y
、V
z
；
[0016]S6：通过S4与S5的步骤，建立(ω
x
、ω
y
、ω
z
、V
x
、V
y
、V
z
)＝∫(P、V、W)，其中(ω
x
、ω
y
、ω
z
、V
x
、V
y
、V
z
)为仿真模型船的六自由度姿态，P为海浪冲击过程中，仿真模型船的驱动功率，V为冲击过程前的速度、W为海浪能量参数；
[0017]S7：不断调整P、V、W的值，采用控制单一变量法，从而得到自变量P、V、W与因变量仿真模型船姿态(ω
x
、ω
y
、ω
z
、V
x
、V
y
、V
z
)的模型。
[0018]优选地：所述S6与S7中，(ω
x
、ω
y
、ω
z
、V
x
、V
y
、V
z
)＝a∫∫ω
x
+a∫∫ω
y
+a∫∫ω
z
+b∫∫V
x
+b∫∫V
y
+b∫∫V
z
其中a、b为旋转速度、直线速度的权重系数，a+b＝1，∫∫ω
x
、∫∫ω
y
、∫∫ω
z
分别为x、y、z轴的旋转加速度，其为旋转速度的一阶导数，∫∫V
x
、∫∫V
y
、∫∫V
z
为x、y、z轴的加速度，其为速度的一阶导数。
[0019]优选地：所述微型通讯站的所在平面不与xoy、xoz、yoz任一一个平面平行，其坐标分别为(x1、y1、z1)、(x2、y2、z2)、(x3、y3、z3)。
[0020]优选地：所述S5中，其计算方法为：
[0021]S51：收集L1、L2、L3的数据，并根据公式确定仿真船模型的空间坐标(x，y，z)；
[0022]S52：则
[0023]优选地：所述海浪匹配机构包括支撑块、通过滑杆滑动连接于支撑块的推板以及通过螺栓固定于支撑块顶部的伸缩杆。
[0024]优选地：所述伸缩杆的伸缩端转动连接有连杆，连杆的另一端转动连接于推板的侧壁。
[0025]本专利技术的有益效果为：
[0026]1.本专利技术通过将船只在海上运动模型简化为载满水源的海洋模拟桶、漂浮于海洋模拟桶内的仿真模型船，利用海浪匹配机构生产浪花，在利用微型通讯站通讯连接的通讯仪与旋转感应机构，实现了船只在遇到海浪时三轴速度以及旋转加速的仿真模拟，更为全面，能更好的研究船只的姿态变化。
[0027]2.本专利技术采用微型通讯站通讯连接的通讯仪，以空间坐标系的方式来计算确定船只的三维空间位置，再以一阶导数和二阶导数研究其速度和加速度，相对传统的声呐、激光测距等形式，其能不受船只自身旋转的角度影响，从而精确度更高。
[0028]3.本专利技术，通过伸缩杆的伸缩速度控制海浪的能量输入，从而控制W自变量，使得仿真数据更为全面。
附图说明
[0029]图1为本专利技术提出的一种六自由度运动数学模型与海浪匹配的船舶模拟系统中工作流程示意图；
[0030]图2为本专利技术提出的一种六自由度运动数学模型与海浪匹配的船舶模拟系统的海浪匹配机构结构示意图。
[0031]图中：1、推板；2、连杆；3、伸缩杆；4、支撑块；5、滑杆。
具体实施方式
[0032]下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
[0033]在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
[0034]实施例1：
[0035]一种六自由度运动数学模型与海浪匹配的船舶模拟系统，如图1
‑
2所示，其包括载满水源的海洋模拟桶、漂浮于海洋模拟桶内的仿真模型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种六自由度运动数学模型与海浪匹配的船舶模拟系统，其特征在于，包括载满水源的海洋模拟桶、漂浮于海洋模拟桶内的仿真模型船以及用于模拟生成海浪的海浪匹配机构，所述海洋模拟桶内设置有微型通讯站，所述仿真模型船上设置有与微型通讯站通讯连接的通讯仪，且所述仿真模型船上设置有旋转感应机构。2.根据权利要求1所述的一种六自由度运动数学模型与海浪匹配的船舶模拟系统，其特征在于，所述旋转感应机构为沿三轴垂直布置的陀螺仪，所述陀螺仪为光纤陀螺仪。3.根据权利要求1所述的一种六自由度运动数学模型与海浪匹配的船舶模拟系统，其特征在于，所述微型通讯站固定于海洋模拟桶内，且其个数大于或等于三个，其可以通过无线波的传递速度以及通讯时间差得到仿真船模型分别与三个微型通讯站的距离L1、L2、L3。4.根据权利要求2所述的一种六自由度运动数学模型与海浪匹配的船舶模拟系统，其特征在于，模拟方法包括以下步骤：S1：以海洋模拟桶所在区域建立三维坐标系，本实施例中，以海洋模拟桶的轴线作为z轴，以静止情况下水平面作为xoy平面，从而形成整个坐标系；S2：启动仿真模型船，使其运动；S3：启动海洋匹配机构，生成海浪；S4：仿真模型船经过海浪前、后、以及整个过程，旋转感应机构可对其x、y、z三轴旋转进行感应，其分别为ω
x
、ω
y
、ω
z
；S5：并且通过卫星通讯站与通讯仪计算其整个过程中沿x、y、z轴的速度变化，其分别为V
x
、V
y
、V
z
；S6：通过S4与S5的步骤，建立(ω
x
、ω
y
、ω
z
、V
x
、V
y
、V
z
)＝∫(P、V、W)，其中(ω
x
、ω
y
、ω
z
、V
x
、V
y
、V
z
)为仿真模型船的六自由度姿态，P为海浪冲击过程中，仿真模型船的驱动功率，V为冲击过程前的速度、W为海浪能量参数；S7：不断调整P、V、W的值，采用控制单一变量法，从而得到自变量P、V、W与因...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡茂元，刘用光，李宇鹏，李经平，曾靖，盖得民，
申请(专利权)人：厦门和丰互动科技有限公司，
类型：发明
国别省市：