一种船舶自动舵测试仿真系统技术方案

本发明专利技术公开了一种船舶自动舵测试仿真系统，包括船舶模型参数设置系统、船舶运动数学模型处理系统、综合信息显示系统、船舶自动舵、舵角产生与反馈装置，船舶运动数学模型处理系统通过串口通信的方式分别与舵角产生与反馈装置和船舶自动舵连接，舵角产生与反馈装置和船舶自动舵通过串口通信的方式进行连接；船舶运动数学模型处理系统与船舶模型参数设置系统和综合信息显示系统的通信由程序内部数据传递完成。本发明专利技术利用步进电机带动舵角反馈器产生舵角反馈量，可以实现船舶自动舵在陆地上正常运转，逼真地模拟船舶自动舵在实船上的工作状态，为从事于船舶自动舵相关工作的科研单位节省了大量的实船试验所需的人力物力开支，提高了工作效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种船舶的硬件在环仿真系统，特别是一种船舶自动舵测试仿真系 统，属于船舶控制与仿真

技术介绍
随着经济全球化的发展，航运业对人类的生产生活有着越来越重要的影响。近几 十年来，伴随着改革开放，我国已重回航运大国之列。作为航运业的主要载体，船舶的地位 越发重要。对船舶进行航向控制即船舶驾驶员保持或改变船舶运动的方向，是保证船舶安 全高效航行的关键。船舶自动舵是控制船舶航向的重要设备，设计生产出性能优越满足各 种实际环境的自动舵显得尤为重要。在对自动舵进行研制、生产和维修中，避免不了要对自 动舵进行各项性能指标的测试，然而进行实船海上实验需要大量人力物力，很多情况下无 法实现，同时在陆地上自动舵由于缺少真实舵角反馈信号和真实航向反馈信号而不能正常 运转。所以，如何经济有效地对船舶自动舵进行测试的问题出现。硬件在环仿真方法是将物理模型和数学模型联合在一起进行试验的一种方法，它 将实际系统的一部分设备和计算机相互连接，用数学仿真的方式对其中不存在或不便于实 验的部分系统进行仿真，同时保证整个系统实时运转。该仿真技术综合了物理仿真和数学 仿真两者的优点，充分利用计算机建模的简易性，减少了费用，便于对系统的模型部分进行 灵活快捷的仿真、变更。该仿真技术在机械、电子、航天航空和武器研制等领域己得到了广 泛应用。但对船舶自动舵进行测试的仿真系统目前还未见公开报道，而船舶其他方面的仿 真系统并不能直接用于船舶自动舵测试的仿真。
技术实现思路
为解决如何经济有效地对船舶自动舵进行测试的问题，本专利技术要设计一种可以使 船舶自动舵在陆地上正常运转并可对其各项性能指标进行测试的船舶自动舵测试仿真系 统，该仿真系统不仅可对自动舵进行测试，还可作为教学设备训练学生的操舵技能。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下一种船舶自动舵测试仿真系统，包括 船舶模型参数设置系统、船舶运动数学模型处理系统、综合信息显示系统、船舶自动舵、舵 角产生与反馈装置，所述的船舶运动数学模型处理系统通过串口通信的方式分别与舵角产 生与反馈装置和船舶自动舵连接，所述的舵角产生与反馈装置和船舶自动舵通过串口通信 的方式进行连接；所述的船舶运动数学模型处理系统与船舶模型参数设置系统和综合信息 显示系统的通信由程序内部数据传递完成；所述的船舶运动数学模型处理系统的软件采用Visual C++编程，并且以动态链接 库的形式实现，该系统将解算出的航向实时的通过串口发送给船舶自动舵，使其得到航向 反馈量；又通过PLC控制的步进电机模拟实际航行中的液压舵机带动舵角反馈器，使船舶 自动舵得到与实际航行时一样电气特性的舵角反馈信号；这样船舶自动舵就获得了两个必 要的反馈量，保证船舶自动舵在陆地上的正常运转；所述的综合信息显示系统用Visual C++语言开发，负责采集船舶自动舵和船舶运 动数学模型处理系统的各项信息并显示出来；所述的舵角产生与反馈装置，由一个步进电机、一个步进电机驱动器、一个PLC、一 个舵角指示自整角机和两个舵角反馈自整角机构成，所述的舵角指示自整角机与舵角反馈 自整角机统称为舵角反馈器，所述的PLC控制步进电机驱动器，步进电机驱动器驱动步进 电机转动带动舵角反馈器，安装在PLC中的软件采用西门子PLC梯形图语言进行编写；所述的船舶模型参数设置系统，采用Visual C++语言开发，利用组合框控件与编 辑框控件进行参数设置。本专利技术的优点和有益效果是1、本专利技术利用步进电机带动舵角反馈器产生舵角反馈量，通过引入船舶运动数学 模型产生航向反馈量，由此，船舶自动舵得到使其正常运转的两个必要反馈量，可以实现船 舶自动舵在陆地上正常运转，逼真地模拟船舶自动舵在实船上的工作状态，通过设计专门 的软件可方便的对船舶自动舵在运转时产生的信息进行采集，有利于相关科研单位、工厂 在研制、生产和维修船舶自动舵时对船舶自动舵各项性能进行测试及评价。为更好地设计 和改进船舶自动舵创造了良好方便的条件。同时，本专利技术可模拟部分海上实验，可作为航海 类院校培训学生的教学仪器。本专利技术的研制为从事于船舶自动舵相关工作的科研单位、工 厂和航海类院校节省了大量的实船试验所需的人力物力开支，提高了工作效率。2、本专利技术可以实现以下功能(I)用户可根据需要选择4种不同类型船舶模型及设置初始船速、主机转速、初始 航向、海况参数如风浪流强度、方向等。(2)作为教学设备，用户可以利用本专利技术训练学生基本的自动舵操纵技能。(3)利用本专利技术可实时地显示船舶航迹、航向和舵角的变化，并画出他们的监测曲 线，可模拟实船进行船舶回转实验和Z形实验。(4)作为测试系统，本专利技术可通过航向，舵角监测曲线分析出自动舵航向控制效 果，并提供计算船舶航向控制最优性能指标的功能，方便对自动舵控制性能进行评价。附图说明本专利技术仅有附图1张，其中图1是一种船舶自动舵测试仿真系统的组成结构框图。图中1、船舶模型参数设置系统，2、船舶运动数学模型处理系统，3、综合信息显示 系统，4、船舶自动舵，5、舵角产生与反馈装置。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细地描述为构建船舶运动数学模型，需要引 用实际船舶数据，为了本专利技术具有更好的通用性，这里选择了四艘不同类型的船舶进行建 模，这四艘船舶分别是5250G集装箱船、BiHuaShan散装船、Opalia油船和TianE双桨客滚船。如图1所示，一种船舶自动舵测试仿真系统，主要由船舶模型参数设置系统1、船 舶运动数学模型处理系统2、综合信息显示系统3、船舶自动舵4和舵角产生与反馈装置5五部分组成。一、船舶模型参数设置系统I的设计与实现船舶模型参数设置系统I的软件由四部分组成第一部分为选择船模，第二部分为设置主机转速，第三部分为设置初始航向与初始船速，第四部分为设置海况。第一部分选择船模采用组合框控件，点击下拉菜单选择船模，其余三部分采用编辑框控件，手动输入各参数具体数值。下面给出利用组合框调用船舶模型的具体程序实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种船舶自动舵测试仿真系统，其特征在于：包括船舶模型参数设置系统（1）、船舶运动数学模型处理系统（2）、综合信息显示系统（3）、船舶自动舵（4）、舵角产生与反馈装置（5），所述的船舶运动数学模型处理系统（2）通过串口通信的方式分别与舵角产生与反馈装置（5）和船舶自动舵（4）连接，所述的舵角产生与反馈装置（5）和船舶自动舵（4）通过串口通信的方式进行连接；所述的船舶运动数学模型处理系统（2）与船舶模型参数设置系统（1）和综合信息显示系统（3）的通信由程序内部数据传递完成；所述的船舶运动数学模型处理系统（2）的软件采用Visual?C++编程，并且以动态链接库的形式实现，该系统将解算出的航向实时的通过串口发送给船舶自动舵（4），使其得到航向反馈量；又通过PLC控制的步进电机模拟实际航行中的液压舵机带动舵角反馈器，使船舶自动舵（4）得到与实际航行时一样电气特性的舵角反馈信号；这样船舶自动舵（4）就获得了两个必要的反馈量，保证船舶自动舵（4）在陆地上的正常运转；所述的综合信息显示系统（3）用Visual?C++语言开发，负责采集船舶自动舵（4）和船舶运动数学模型处理系统（2）的各项信息并显示出来；所述的舵角产生与反馈装置（5），由一个步进电机、一个步进电机驱动器、一个PLC、一个舵角指示自整角机和两个舵角反馈自整角机构成，所述的舵角指示自整角机与舵角反馈自整角机统称为舵角反馈器，所述的PLC控制步进电机驱动器，步进电机驱动器驱动步进电机转动带动舵角反馈器，安装在PLC中的软件采用西门子PLC梯形图语言进行编写；所述的船舶模型参数设置系统（1），采用Visual?C++语言开发，利用组合框控件与编辑框控件进行参数设置。...

【技术特征摘要】
1. ー种船舶自动舵测试仿真系统，其特征在于包括船舶模型參数设置系统(I)、船舶运动数学模型处理系统(2)、综合信息显示系统(3)、船舶自动舵(4)、舵角产生与反馈装置(5)，所述的船舶运动数学模型处理系统(2)通过串ロ通信的方式分别与舵角产生与反馈装置(5)和船舶自动舵(4)连接，所述的舵角产生与反馈装置(5)和船舶自动舵(4)通过串ロ通信的方式进行连接；所述的船舶运动数学模型处理系统(2)与船舶模型參数设置系统(I)和综合信息显示系统(3)的通信由程序内部数据传递完成； 所述的船舶运动数学模型处理系统(2)的软件采用Visual C++编程，并且以动态链接库的形式实现，该系统将解算出的航向实时的通过串ロ发送给船舶自动舵(4)，使其得到航向反馈量；又通过PLC控制的步进电机模拟实际航行中的液压舵机带动舵角反馈器...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈智鹏，郭晨，韩和泰，刘玉博，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：