基于LabView的浮船坞配载实时控制与仿真

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1、基于LabView的浮船坞配载实时控制与仿真摘要：基于LabVIEW的图形界面功能建立了浮船坞配载实时控制与仿真系统。该系统调用Matlab进行配载和调水决策过程的优化计算，利用自身计算功能配合Matlab完成调水仿真过程的计算。仿真结果表明，此系统优化模型提出和运算结果合理，仿真界面简明清晰。可广泛应用于各类船舶压载调节计划制定和仿真过程。关键词：浮船坞；配载；LabVIEW；仿真。浮船坞通过调节压载舱内的压载水量完成托举物的上坞、移运、下坞等操作。浮船坞的上浮/下沉等控制，以往是由操作人员人工调节各水舱的进口/出口阀开度，调整各水舱的水

2、量，使浮船坞能够平稳地浮沉。这种方法劳动强度大，工作效率低，而且可靠性较差。随着自动化技术的发展，出现了浮船坞自动沉浮控制系统。这样的控制系统对以根据浮船坞的倾斜情况和内部应力变化，通过实时分析计算为用户提供调节方案并操作阀门完成调节过程，可以大大减轻工作强度，使浮船坞作业过程更加平稳、安全、快捷。浮船坞的控制过程相对复杂，对于这样的控制系统，其控制算法的优劣直接决定了它能否安全、高效地完成控制任务。这里应用Labview的图形和计算功能，建立一种浮船坞压载水实时控制仿真系统，可以逐步引导用户完成整个控制过程，并且能够方便的切换控制算法,直

3、观显示控制效果的优劣，系统的人机交互界面良好。木系统为浮船坞实际控制系统的物理实现提供了原型依据。本文首先介绍整个系统的构成及各个模块之间的数据传递过程，然后以分段上坞模拟模块和调水决策模块为例详细说明系统的算法以及利用LabView和Matlab来完成各项功能的实现方法。以船舶结构分段上坞过程为例对系统的工作流程及原理进行说明。本文的研究工作主要集屮在坞体浮态的控制和仿真方面。木文作如下假设：压载水的调节结果满足浮船坞的结构应力要求。这样，控制问题就简化为对浮船坞浮态的控制及仿真问题。1.系统构成仿真系统主要由新建任务模块、分段上坞过程模

4、拟模块、调水决策模块和调水过程模拟模块构成。新建任务模块需要确定仿真过程的初始状态各压载舱室的压载水量及控制FI标即坞体吃水要求。上坞过程模拟模块可以仿真分段向浮船坞上移动的过程中由于分段重量对坞体的压力变化而引起的坞体倾斜状态的变化。调水决策模块能够根据坞体吃水要求经过优化计算提供最佳的调水方案，包括各舱室的调节水量及阀门动作时间的确定。调水过程模拟模块让用户通过图形化的界面直接观察调水计划的计算结果，并能动态的显示在调水过程中舱室液位和坞体纵倾程度的实时状态。各模块间的数据共享是通过保存和读取数据文件的方法实现的，整个仿真过程的数据传递

5、如图1所示。W匚obO给出初始状态各施宅压我水壘Wcaloluit确定坞体目标吃水「3、新建任务根块Wuablrii七Tar些个调水阶段开始曲各圧拔呛水碱某个上坞阶段开始前分段己上坞鴿分的长哎型坞体目标吃水To.广分段上坞过程模拟模块WuoloO菜个上坞酚段結束时分毁己上坞部分的长皮L调水决策模块婭计算得到的该调水阶空压玻水的调节fi：X^cab綽计算那到蜿定律證牢asafswj水的标志FIoq.经计猱剂到水阀打开时调水过程模拟模块某个调节阶段殆東时各压敎呛水虽WuabTa广经计算那到水阀关闭时刻SztE图1.系统主要构成及数据传递方式2

6、.功能模块的具体实现2」分段上坞过程模拟模块在LabView中设计前面板如图2,它允许用户设定上坞过程当中坞体纵倾的警戒值、分段上坞的最大长度（即分段就位时的上坞长度）和分段上坞的速度。“载入参数”按钮用于读取数据文件，该文件记录有上坞过程开始前各压载舱水量、分段已上坞部分长度和控制li标（即坞体吃水）等信息。点击“开始上坞”按钮开始模拟过程，其间该画面将动态的显示坞体上坞长度和坞体纵倾值随时间的变化过程，如纵倾值达到警戒值或分段已达到就位状态该过程会自动停止并提示用户保存参数（按“保存参数”按钮）到数据文件并进入下一阶段的仿真过程。坞体纵

7、倾警戒值%t上坞长度初始值rj18.0021.00米杲大上坞长度1/目标液位?57.00米2.80米上坞移动速度运行时间rj0.02米/秒453秒载入参数1开始上坞（手动选择厂保存参数1手就）选悻载入敖据请御选此关闭窗口］当前分段上坞长度如曲

8、米纵倾超限时的上坞长度30.08米图2.分段上坞过程模拟模块前而板该模块G语言界面的一部分如图3所示。模块用while循环和ShiftRegister^累加功能來实现每个时间单位（文屮设定为1秒）内分段上坞长度的变化和纵倾值的实时计算。这里用到了一个白定义的子程序RouCal.VI,在它的内部完成了纵

9、倾值的计算过程。根据船舶静力学原理，纵倾值的定义为：MTC公式中符号的意义如下：Q—纵倾值，描述坞体纵倾大小；X方一船坞水下部分型心的纵向位置；MTC—每厘米纵倾力矩；匕、Xgj