船舶驾驶台式操船模拟系统的设计和实现

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.     

船舶回转运动仿真

针对船舶驾驶模拟器模拟的逼真度要求,研究船舶对操舵后的动态响应。建立了风、流共同作用下船舶操纵系统的动力学数学模型,该数学模型为动态响应线性型;利用已知的某船型的主机参数和船形尺寸参数,求出所需的相关量,建立船舶运动仿真模型并进行相关试验的仿真。模拟了船舶回转性的试验和风、流共同作用下对船舶操纵性能的影响试验,使船舶操作者进一步了解船舶回转性的特性以及风、流对于船舶航迹的影响。将该模型与船舶驾驶模拟器结合,用于驾驶模拟器模拟船舶操舵后的视觉仿真,使使用者感觉其操纵特性更加逼真。     

MEMS航姿测量系统在航海领域的设计研究

航姿自动测量系统是当前船舶的重要助航设备之一,对于船舶的航行安全,自动驾驶等,具有重要的意义。针对当前航姿自动测量系统成本高,复杂性高的问题,本文提出一种基于低成本MEMS惯性和磁传感器的姿态和航向参考系统(AHRS),研究其在船舶航行领域中的应用,设计航姿测量系统中航向、姿态测量的数学模型。并通过实验证明提出的方法能够保持较高的工作稳定性和有效性。     

基于数字媒体技术的船舶航行环境模拟研究

船舶航行环境模拟器是一个面向船员训练的仿真系统,交互性良好的船舶航行环境模拟器可以提高船员训练的效率,节约资源。本文利用数字媒体技术开发一种船舶航行环境模拟器,采用的数字媒体技术包括三维建模技术、GPU编程技术、OSG虚拟引擎技术等,该航行环境模拟器能够模拟船舶操作过程的海洋、光照等动态环境,具有较大的应用潜力。     

船舶纵横倾姿态测量系统总体框架设计

随着船舶姿态控制自动化程度的提高,传统的机械式纵横倾姿态角测量装置已不能满足船舶现代化的要求。提出一种船舶纵横倾姿态数字化测量系统的总体框架设计方案,通过旋转变压器对船舶纵横倾姿态信息进行采集,经RDC-19222芯片对旋转变压器输出的模拟电信号进行数字转换,最终借由单片机的控制实现纵横倾姿态角度信息的实时显示。试验证明,该系统性能稳定,测量精度较高,具有较高的实用价值。     

CFD数值模拟船舶在波浪中的回转操纵运动

[目的]船舶回转操纵运动能够反映出船舶的回转特性,与船舶的航行安全密切相关。[方法]为此,采用基于重叠网格技术的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,对标准船模ONRT在波浪中自由回转操纵运动进行直接数值模拟。运用动态重叠网格技术求解船、桨、舵系统复杂运动,计算中,螺旋桨转速对应于静水中的船模自航点进行35°转舵,实现自由回转船舶操纵运动。通过全粘性流场的整体求解,给出波浪中自由回转操纵运动中船舶六自由度运动、螺旋桨和舵的水动力载荷变化,以及波浪中船舶的回转圈特征参数,并与同试验结果进行对比。通过数值计算得到精细的流场信息,分析波浪对船舶自由回转操纵运动的影响。[结果]数值预报得到的船舶运动轨迹、回转圈参数与试验值吻合较好,证明naoe-FOAM-SJTU求解器对于波浪中船—桨—舵相互作用下的船舶自由回转操纵运动数值预报的适用性和可靠性。[结论]船舶回转操纵运动的数值模拟,可为回转性能的评估提供有效的前期评估手段。     

船舶运动姿态测量系统设计与实现

为了获取海上航行船舶及自航模试验中船模的姿态参数,设计一种基于MEMS(微机电系统)技术的波高倾斜一体化传感器的船舶运动姿态测量系统。此系统通过MEMS波高传感器对船舶升沉信息进行采集,利用倾角传感器对船舶的纵摇和横摇姿态信息进行采集,采集到的信息经多路A/D转换后送入单片机进行处理,实时得出船舶运动的升沉、纵摇及横摇变化。经处理后的三组数据由船舶运动姿态测量系统通过RS-485串口送到数据接收处理机存储、分析并实时显示船舶运动的姿态变化曲线,该数据接收处理软件采用VC++编写。经过大量试验及海上测试,该系统性能稳定,测量精度高,具有较大的实用价值。     

船舶运动姿态测量系统设计与实现

为了获取海上航行船舶及自航模试验中船模的姿态参数,设计一种基于MEMS(微机电系统)技术的波高倾斜一体化传感器的船舶运动姿态测量系统.此系统通过MEMS波高传感器对船舶升沉信息进行采集,利用倾角传感器对船舶的纵摇和横摇姿态信息进行采集,采集到的信息经多路A/D转换后送入单片机进行处理,实时得出船舶运动的升沉、纵摇及横摇变化.经处理后的三组数据由船舶运动姿态测量系统通过RS-485串口送到数据接收处理机存储、分析并实时显示船舶运动的姿态变化曲线,该数据接收处理软件采用VC++编写.经过大量试验及海上测试,该系统性能稳定,测量精度高,具有较大的实用价值.     

基于微型惯性测量单元的姿态测量系统

采用国产微机械石英陀螺仪和挠性加速度计,研制出微型惯性测量单元,利用外部速度和航向信息,构成微型惯性测量单元的姿态测量系统,用它来测量关心区域的局部水平姿态,经模拟台和跑车试验,该姿态测量系统的水平姿态测量精度小于0.2°.     

海洋漂浮物运动的非接触测量方法研究

浮体的六自由度运动,是海洋、港口和船舶工程模型试验研究中的的重要参考信息,传统的接触式测量方法是利用直尺测量位移值,使用陀螺仪测量摇角,通过光线示波仪记录信号,人工读取分析,精度低,浪费人力物力,无法满足使用要求。以江苏科技大学船舶与海洋工程学院水池的非接触系统为原型,讨论了基于六自由度运动平台测量点目标实现非接触跟踪测量目标物体位置与姿态的新方法。     

全回转拖轮运动建模与视景仿真

在对船舶运动分析的基础上,采用MMG模型建立全回转拖轮四自由度的数学仿真模型,以及船体水动力、螺旋桨力、风干扰力、流干扰力数学模型,采用四阶龙格库塔法对运动方程求解得到船舶运动轨迹和航向,并用Matlab/Simulink对其进行仿真。建立全回转拖轮视景操纵平台,完成远程中心控制系统。实现全回转拖轮基本平台的搭建,对全回转拖轮动力系统进行分析,对全回转拖轮进出港操纵训练以及船舶性能检验具有一定的实际应用价值。     

一种新型模拟航海罗经控制

介绍一种指示船舶航向信息的模拟装置——新型航海模拟罗经,阐述了模拟罗经的组成及工作原理,提出利用复杂可编程逻辑器件(CPLD)电路来控制步进电机转动,步进电机转动带动仪表盘和绝对式旋转编码器转动,编码器可实时检测出模拟航海罗经位置和方向,并反馈给单片机控制系统。控制单片机根据视景系统的航向信息和编码器读出航向进行比较处理,从而使模拟罗经航向指示与视景航向一致。经过实验证明,该模拟罗经具有结构简单、工作可靠、仿真效果好、推广价值高等优点。     

微机电系统在船舶航姿测量系统的应用

航姿测量系统可以采集船舶的航向、方位、水平姿态等信息,对船舶导航、舰载飞行器着舰、导弹引导等有重要的作用。传统的船舶航姿测量采用陀螺仪等传感器件,通过采集船舶的角速度得到姿态角,该测量方式的动态特性好,但存在成本高、集成度低、自动化程度低等问题。随着嵌入式芯片和微机系统的发展,基于嵌入式处理器的船舶航姿测量系统被开发出来,该类型的航姿测量系统具有精度高、功耗小和自动化程度高的优点,应用越来越广泛。本文基于嵌入式芯片,设计和开发了基于微机电系统的船舶航姿测量系统,并对该系统的结构组成和工作原理进行介绍。     

旋转惯导捷联算法

针对旋转惯导计算原理,分析了转台测角、测速误差对系统精度的影响。为确定其影响程度,将转台测角、测速误差等效为相应量值的陀螺仪漂移。理论计算和仿真结果表明,转台测量误差特别是测速误差对惯导系统造成较大的影响。提出改进的旋转惯导捷联算法,该算法在姿态更新和导航计算后引入转台转角信息而不涉及转速信息,从算法原理上消除了测速误差对系统精度的影响。     

水面船舶操纵模拟器介绍

一、船舶操纵模拟器及其用途船舶操纵模拟器是建立在相对运动原理基础上,利用电子计算机控制模拟船舶操纵实时运动的一种装置。它能在实验室内通过控制和显示系统,精确地复制船的运动。同时,使人在室内模拟驾驶室上操作时产生有如实际航行的感觉。在航空领域,由于训练飞行员的需要,很早就出现了地面操纵器的概念。随着理论研究     

基于节能省时航行的新型航向控制系统设计

为设计出既能缩短航程又能降低能耗的新型船舶航向控制系统,本文系统分析了船舶运动的非线性数学模型和常规的航向比例-微分-积分(PID)控制算法;在此基础上运用遗传算法(GA)在线自动优化整定常规的PID控制参数,从而实现反馈控制和保证系统的稳定性,运用小脑模型(CMAC)神经网络进行前馈非线性控制、进而抑制源自船舶内外部的非线性干扰,最终确保系统的控制精度和响应速度;在船舶操纵模拟器上对所设计的新型航向控制系统作了仿真试验,试验结果表明:该系统性能优越可靠且具有较强的鲁棒性。     

基于PC104的嵌入式组合导航系统设计

为提高船舶组合导航系统精度、实时性以及小型化,设计了一种基于PC104的嵌入式船舶组合导航系统,系统采用嵌入式并行多处理器结构,脱离了传统的计算机平台。详细介绍了系统硬件结构总体设计,采用光纤陀螺仪和加速度计组成的惯性测量单元,应用串口直接接收光纤陀螺仪和GPS模块输出的数字信号。设计了高精度加速度计传感器数据采集电路,将FPGA作为PC104处理器与模数转换器ADS1210之间的接口,由3个模数转换器并行转换的结果同时读入处理器,并设计了PC104与TMS320C6713DSP之间的双口RAM数据交换系统以及组合导航系统软件,实验室三轴转台。实验证明,所设计的系统能够满足高精度、小体积、实时性、低功耗等要求,对船舶导航计算机小型化具有实际意义。     

POD推进方式的大型船舶运动模型仿真

以改进吊舱推进方式的船舶操纵性能为目的,基于MMG分离建模思想,依据船舶运动的状态建立基于吊舱推进方式的船舶运动数学模型。然后将模型进行仿真,通过接收信息来控制船桨的转速及旋转的角度,再对船舶的操纵性能分别进行回转操纵运动仿真和Z形操纵运动仿真,软件仿真得到的数据和实船测试得到的数据相似。表明所构建的基于吊舱推进方式的船舶运动数学模型能够较准确地反映出船舶操纵的运动状态,对基于POD推进方式的船舶运动研究有较深远意义。     

SVM逆系统在航向广义预测和控制中的应用

船舶的航向控制是确保安全航行的关键,传统的控制方法有PID、自适应等。随着相关技术的不断发展和完善,出现大量的控制算法,如模糊控制、神经网络、广义预测控制等,为航向控制提供了更多选择的空间。船舶运动具有非线性的特征,行驶在水面上会受到风浪的影响,若是航向发生改变,运用线性模型无法准确描述系统的动态特性。对此,可以借助SVM逆系统,对船舶航向进行广义预测控制,使船舶保持稳定航行。     

船舶在波浪中的机动操舵仿真

依据MMG方程建立船舶在波浪中四自由度操纵运动模型,根据该模型进行船舶在波浪中定常回转运动仿真,通过仿真得到的定常回转直径与经验估算值比较,证明此仿真方法的可靠性.并在此基础上实现船舶单次机动操舵和多次机动操舵运动状态的数值模拟,从而反映出船舶的操纵特性,为船舶的实际机动操舵运动提供参考.