船舶驾驶台式操船模拟系统的设计和实现.pdf

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1、V01．34No．122014．12船电技术l应用研究船舶驾驶台式操船模拟系统的设计和实现郭磊，王丹，刁亮，张成(大连海事大学轮机工程学院，辽宁大连116026)摘要：本文设计并实现了综合船舶航向控制与船舶旋转运动的半物理实验仿真系统，该系统主要由工控机、数据采集卡、自动舵机、罗经、变频器等硬件设备组成。通过模型解算得到船舶在各种海况下的运动状态，经过PI控制器输出变频器的转速控制信号，控制转台跟踪船舶模型。试验结果表明，该系统可以模拟出海上船舶的实际运动状态，为陆上教学实习提供了良好的环境。关键词：船舶航向控制系统

2、船舶运动半物理实验仿真系统中图分类号：U666TP391．9文献标识码：A文章编号：1003—4862(2014)12—0027—04DesignandImplementationofManeuverSimulationSystemforShipBridgeGuoLei，WangDan，DiaoLiang，ZhangCheng(SchoolofMarineEngineering，DalianMaritimeUniversity，Dalian16026，Liaoning，China)Abstract：Inthispap

3、er,thesemi-physicalexperimentalsimulationsystemfo，．combiningtheruddercontrolwithrotationalmotionofthevesselisdesigned,whichisbuiltupwiththeIPCdataacquisitioncard,automaticsteering，compass，driveandSOon．Shipmodelsolvestheshipistateofmotioninvariousoceanenvironmen

4、t,andoutputsthecontrolsignalthroughPIcontrollertocontrolturntablefollowtheshipmotionmodel．Experimentalresultsdemonstratethatthissystemcansimulatepracticalmotionstatefo，marinevesselatsea，providingafriendlyenvironmentfo，．teachingpracticeontheland．Keywords：theship

5、≥headingcontrolsystem,"movementoftheship?semi-physicalsimulationsystem0引言航向控制是船舶运动控制中最基本的控制，自动舵和舵机为航向控制的重要环节，自动舵的全称是自动操舵仪，其功能是自动的、高精度的保持和改变船舶的航向，以保证船舶的正常航行【lJ。船舶航行于海面上，其运动特性会因航速、水深、载重的不同而发生变化。除此之外，风、流、浪等，也会影响船舶航向的保持[2Ill】。陆上实验设备往往不会考虑环境因素的影响，所以很难模拟出船舶在各种海况下收稿日期

6、：2014—05—27基金项目：受国家自然科学基金(61273137，51209026，61074017)，辽宁省教育厅(L2013202)，中央高校基本科研业务费(3132014047，3132014321)作者简介：郭磊(1990。)，男，在读硕士研究生。研究方向：风力发电并网控制的实际运动状态，无法满足教学实习的要求。为此，本文结合船舶运动模型和船舶航向控制设备，利用船舶模型解算在某一个实际海况各种外部因素作用下船舶实际的转角速率，应用PI控制算法输出控制转台转动跟踪船舶模型，设计并实现了一套半物理操船模拟系统

7、【3J。试验结果表明，该系统可以真实地模拟出船舶操舵与转舵的实际运动状态。系统作为模拟船舶旋转运动的半物理仿真系统，使船电学生既可以感受操船运动，又可以了解船舶航向控制的结构，信号传输控制机理。1系统的结构及特点旋转驾驶台式操船模拟系统是在传统船舶航向控制的基础上增加了船舶运动模型解算和转盘运动控制两部分，其系统框图如图1所示。利用旋转平台模拟船舶，转台的转动模拟船27船电技术I应用研究舶的转向，自动舵由操船人员操纵，发出船舶控制信号，控制船舶舵机打舵。数据采集卡采集当前舵角信号和船速信号，输入到船舶运动模型解算获得

8、在设置的海况下船舶实际的旋转速率，作为转盘运动控制的给定，232串口读取罗经的航向信号，计算获得实际旋转速率信号作为反馈，进行PI运算，控制变频器输出不同的转速和转向，使旋转平台转动跟踪船舶模型解算结果。最终形成一套完整的模拟实船旋转运动状态的半物理船舶仿真系统，可以模拟不同的海况下相同舵角船舶的运动状态，有利于学生体会船舶转向和舵角的关系，提