船舶自动舵仿真模拟器的研制.pdf

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1、第4O卷第1期大连海事大学学报Vo1．40No．12014年2月JournalofDalianMaritimeUniversityFeb．，2014文章编号：1006-7736(2014)01-0001船舶自动舵仿真模拟器的研制孙才勤，王心红，许建，张灵杰(1．大连海事大学轮机工程学院，辽宁大连116026；2．大连海洋学校，辽宁大连116023；青岛远洋船员职业学院，山东青岛266071)摘要：基于船舶水面运动的一阶Nomoto船舶运动模型，考系统的设计和提高船舶的可靠性具有重要意义．虑风、浪、流等环境因素对船舶航

2、向角的影响，建立以船舶国际海事组织IMO在《海员培训、发证和值班标液压舵机为中心的船舶自动舵系统的数学模型．在此基础准公约》中明确规定对轮机员进行模拟器培训．船上开发物理一数字混合仿真自动舵系统模拟器．该模拟器舶自动舵仿真模拟器具有较大的市场需求．本文具备实船舵机系统全部操作功能，并模拟轮机工作场景，首先分析船舶水面运动数学模型，并将航行中船动态显示操作过程，可用于船舶航迹控制研究及船员培训工作．舶遭受的风、浪、流等环境因素影响转化为舵机附关键词：船舶；自动舵；模拟器；液压舵机加舵角，建立以液压舵机为中心的船舶自动舵

3、系中图分类号：U664．36文献标志码：A统数学模型，并以此为基础开发物理一数字混合Researchofsimulatorforautomatic仿真自动舵模拟器．结果验证了其正确性及有效hydraulics~eringgear性．SUNCai—qin，WANGXin-hong，1船舶运动及环境干扰力数学模型XUJian，ZHANGLing-jie(1．MarineEngineeringCollege，DalianMaritime在船舶自动舵系统建模与仿真中，建立船舶University，Dalian116026，C

4、hina；2．DalianOceanSchool，运动数学模型的目的是建立船舶操纵模拟器，以Dalian116023，China；3．QingdaoOceanShippingMariners期为研究闭环系统性能提供一个基本的仿真平College，Qingdao266071，China)台．船舶航行时要遭受不同海况风、浪、流等因素Abstract：BasedonthefirstorderNomotoshipmotionmodel，的影响，在建模过程中也将给予考虑并将环境因thepaperestablishedamath

5、ematicalmodeloftheshipautopi—素产生的作用转化为附加舵角的变化．lotsystemcenteringonmarinehydraulicsteeringgearconsid—1．1船舶运动数学模型eringtheinfluenceofwind，wave，flowandotherenvironmen-talfactorsOilshipcourseangle．Thephysicalanddigitalhy—在船舶运动分析与仿真计算中，常将船舶运bridsimulationautopilotsim

6、ulatorisdevelopedbasedonthe动方程近似简化为线性模型．本文采用线性化模mathematicalmode1．Thesimulatorhasalloftheoperating型进行仿真．船舶水平面运动坐标系如图1所示．functionsoftheshipsteeringsystem，itCanalsosimulatethe水面船舶的一般平面运动方程为turbineengineworkingsceneriesanddisplaytheoperation7孔(五一r一Gr)=Fx(1)process

7、dynamically，whichcanbeapplicabletotheshipm(+ur+c)=Fy(2)trackcontrolresearchandcrewtrainingwork．，z+mxG(2；+ur)=(3)Keywords：ship；autopilot；simulator；hydraulicsteering其中：m为船体质量；为环绕z轴的惯性矩；。为gear重心G的坐标；／t．,V分别为前向速度和横漂速度；r为船舶的艏摇速度；、F为作用于船舶的0引言外力合力的分量；M为外力合力对于通过船舶重液压舵机

8、系统的动态仿真对于改进船舶航迹心的Z轴的力矩．收稿日期：2013-08-29．基金项目：国家高技术研究发展计划(863)资助项目(2011AA110201)．作者简介：孙才勤(1963一)，男，副教授，博士，E—mail：scq@dlmu．edu．ca2大连海事大学学报第4O卷图1船舶水平面。运动坐标系图2风力计算Fig．1Coordinate