美国海军采用的若干舰船控制先进技术

本文简述了美国海军在应用船舶控制先进技术方面的若干创新性工作。重点放在系统结构与程序的集成。面对舰船数量以及舰船操纵人员日益减少的趋势，舰船控制系统应具有以下特征：嵌入式机器智能、专家诊断维修系统、模块化软件、标准化硬件模块结构、舰船光纤数据通讯网络以及分布式局部控制器等。由于数字控制系统大多由软件支持，因此，有必要开发陆基软件支持设施。     

舰船航行状态信息集中监测系统的研究与设计方法

舰船航行状态信息复杂度逐渐提升,为舰船航行状态信息监测带来了极大难度,现有系统已经无法满足舰船稳定航行的需求,故提出舰船航行状态信息集中监测系统的研究与设计方法。设计舰船航行状态信息集中监测系统硬件单元包括ADMA型惯导单元、FPGA选型单元与CAN通信单元,软件模块为CAN通信模块、惯导数据解算模块与航行状态信息存储模块。通过上述硬件单元与软件模块的设计,实现了舰船航行状态信息集中监测系统的运行。实验结果显示:与现有系统相比较,设计系统响应时间更短,角度平均误差较小,充分证实了设计系统信息监测效果更好。     

基于PLC技术的舰船机电设备控制系统

提升舰船机电设备的控制响应效率,降低控制偏差,设计基于PLC技术的舰船机电设备控制系统。该系统依据数据采集模块获取舰船机电设备运行数据,由通信模块的CAN现场总线和有线通信协议,向控制模块中传送采集的相关数据;控制模块接收并存储传输的数据,以PLC可编程控制器为核心,结合动态矩阵控制方法,完成舰船机电设备的一体化控制,控制指令通过PLC输出端子进行发送,各个机电设备则依据控制指令进行控制,并且将控制结果通过人机交互界面进行展示。测试结果显示,该系统的控制指令执行时间均低于0.8μs/条,控制结果的偏离程度均在0.052以下,能够精准完成舰船航行速度的控制。     

舰船发动机燃油电磁阀的自动控制设计

针对当前舰船发动机燃油电磁阀自动控制方法采用模糊PID控制,容易出现工况失稳的问题,提出一种基于自适应反演积分控制的舰船发动机燃油电磁阀自动控制系统设计方法。构造舰船发动机燃油电磁阀控制的约束参量模型,以电磁阀的输出增益、燃油流量以及功率因素等参量为控制自变量,结合反演积分控制律进行控制算法改进。基于DSP进行自动控制系统硬件设计,硬件部分主要包括功率放大模块、自动增益控制模块以及集成信号处理模块。在Visual DSP++4.5平台下进行控制系统实验测试,结果表明,采用该方法进行舰船发动机燃油电磁阀的自动控制的输出稳定性较好,输出增益较大,具有很好的稳健性。     

舰船研制中基于STEP的数据模型集成系统设计

舰船研制过程中需要建立一种能直接服务于舰船系统的采办过程并能集成性能、设计、分析、仿真及费用评估的数据模型。采用以STEP标准为基础的数据模型技术来解决舰船研制中不同应用之间的数据交换,分析了数据模型集成中的核心处理模块与基本功能模块,构建了由应用接口层、核心层、数据存取层组成的数据模型集成体系。     

总线技术在机舱监测报警系统中的应用

该文以一种采用国际船用标准CAN网络的全数字式船舶集中监控报警系统为例，介绍CAN总线在舰船机舱监测报警系统中的应用。从系统的数据采集模块、CAN智能接口卡以及配套的人机界面，说明CAN总线的良好性能及其在船舶控制领域的强大生命力。     

舰船机舱的全自动化系统设计

舰船机舱自动化系统是保障舰船稳定可靠工作的关键,同时实现机舱全自动化可有效减轻舰船工作人员的工作强度,提高舰船运行稳定性。CAN总线技术是一种非常成熟的现场总线技术,已经广泛应用于船舶工业。本文提出使用CAN总线技术来构建舰船机舱的全自动化系统,包括船舶电站自动化系统、主机监控系统等,通过CAN总线和现场设备以及监控电路进行连接,因而具备很好的实时性及可靠性。     

舰船低压配电设备远程控制系统

舰船电气化、自动化水平的提升,对电力系统提出了更高的要求,需要通过远程控制实现低压配电设备的协调、节能运行,因此提出舰船低压配电设备远程控制系统设计。为了降低低压配电设备的综合能耗,设计舰船低压配电设备远程控制系统,硬件包含微处理器选型单元、控制器选型单元与通信接口硬件单元;软件包括远程控制框架搭建模块、控制器程序设计模块与配电设备协调运行控制模块。通过硬件单元及其软件模块的设计,实现了舰船低压配电设备运程控制系统的运行。实验数据显示,设计系统应用后,线路损耗降低了21.19%,设备利用率提升了66%,充分证明了设计系统具有可行性。     

舰船数字化制造系统的体系结构研究

数字化制造以其响应快、质量高、成本低和柔性好等特点,正成为推动21世纪制造业向前发展的主流.本文在分析舰船产品研制特点的基础上,根据海军装备研制的发展需求,提出了舰船数字化制造的体系结构,介绍了舰船数字化制造系统的共享数据平台及集团公司管理控制系统、数字化试验分析系统、数字化设计系统、数字化建造系统、配套设备数字化研制系统等综合集成应用系统结构.     

嵌入式系统的低能耗舰船电路设计

在嵌入式环境下进行舰船电路系统设计,提高舰船控制电路的集成性,提出一种基于DSP技术的低能耗舰船嵌入式系统电路设计方法,采用ADSP21160处理器为核心控制芯片,进行舰船电路的AD模块设计、控制单元设计、信号处理模块设计和通信模块设计,实现舰船的信息采集和数据处理及远程通信功能,在ARM嵌入式系统中进行舰船电路的集成开发,降低电路的能耗,提高电路的集成性和可靠性。测试结果表明,采用该方法进行舰船电路设计,电路的功率放大能力较好,信号处理能力较强,具有很好的电路稳定性。     

改进分布式网络测控技术的舰船电站监控系统

现有的舰船电站监控系统,存在着自动化程度低的缺陷。为了解决上述问题,引入改进分布式网络测控技术设计舰船电站监控系统。舰船电站监控系统硬件设计包括电能计量芯片选择、电参数采集电路设计与通信接口设计;系统软件设计包括数据采集模块、数据存储模块与舰船电站测控模块。通过系统硬件与软件的设计,实现了基于改进分布式网络测控技术的舰船电站监控系统的运行。实验结果显示,与现有舰船电站监控系统相比较,设计的舰船电站监控系统极大地提升了自动化程度,充分说明设计的基于改进分布式网络测控技术的舰船电站控制系统具备更好的性能。     

舰船电气控制故障定位系统设计

电气控制系统直接影响着舰船的稳定航行与作战能力,若无法快速地确定电气控制故障位置,不仅会影响舰船的稳定航行,还会对船员生命安全产生威胁,为此提出舰船电气控制故障定位系统设计研究。设计系统硬件为数据采集卡选型单元、PC机设计单元与故障定位终端设计单元;软件为数据采集卡通讯软件模块、PC机软件模块与故障定位终端软件模块。通过上述硬件单元与软件模块的设计,实现了舰船电气控制故障定位系统的运行。实验数据显示:应用设计系统后,舰船电气控制故障定位时间与定位偏差均符合现今舰船的安全需求,充分证实了设计系统的有效性。     

水面舰船集成优化设计探讨

舰船综合作战能力的最大化与舰船资源的稀缺性是舰船设计阶段永恒的矛盾,集成优化设计正是在此背景下提出的解决舰船需求与现实之间矛盾的方案。通过提炼国外水面舰船集成优化设计思想,总结舰船集成优化设计的概念与原则;描述国内水面舰船集成优化设计存在的问题,并在此基础上提出舰船总体应通过做好型号总体顶层设计、落实总体设计优化工作及加强对总体和系统的监督管理,舰船系统应通过优化系统结构、提高"四化"(自动化、智能化、信息化及标准化)程度及提高系统效率等方面加强集成优化设计工作;展望了集成优化设计在改变设计理念、提升舰船能力及经济性等方面的收益。     

基于物联网通信技术的舰船导航控制系统

导航控制系统对舰船的作战能力提升具有非常重要的意义。传统的GPS导航和AIS系统等都存在一些问题,AIS会存在导航盲区,GPS技术受制于其他国家,容易受到干扰。Zigbee是物联网通信技术的重要组成部分,本文基于物联网通信技术和北斗导航技术提出了一种舰船导航控制系统,设计了基于物联网的北斗导航节点,分析了节点中各个模块的基本作用和实现原理,阐述了物联网数据通信实现的基本原理,对构建的基于物联网的舰船导航控制系统的抗干扰能力、静态和动态定位进行测试,测试结果表明系统具有良好的抗干扰能力,同时静态和动态定位精度都较高。     

一个基于MPLS和分布式数据库的双网络舰船数字化系统

针对舰船数字化系统设计特点，应用MPLS技术、分布式数据库实时控制网络技术及CORBA技术等网络和软件集成技术，构建一个双网络环境的舰船数字化系统。首先提出了舰船数字化系统的总体结构，并在分布式数据库实时控制网络和MPLS信息管理网络的双网络基础上，利用CORBA代理服务来实现系统的软件集成，从而将舰船数字化系统的各个分系统集成为一个整体，以解决舰船信息管理和控制一体化问题。     

粒子群优化PID的舰船电动机控制系统

舰船电动机具有强耦合、大时滞等复杂变化特性,当前控制系统无法对舰船电动机进行高精度的控制,控制效果差,为了提高舰船电动机控制精度、加快舰船电动机控制速度,提出基于粒子群优化PID的舰船电动机控制系统。首先分析当前舰船电动机控制系统的国内外研究进展,阐述舰船电动机控制系统的工作原理,然后建立舰船电动机控制系统的数学模型,采用PID方法对其实时控制,根据控制误差,引入粒子群优化算法对PID控制器的比例、积分、微分进行调整,最后与其他舰船电动机控制系统进行对比测试,结果表明,本文系统的舰船电动机控制精度要优于对比舰船电动机控制系统,而且解决了对比系统的舰船电动机控制效果差缺陷,能够更好对舰船电动机进行控制。     

AutoNet数字信息平台及其在舰船上的应用

AutoNet是基于中国发明专利的新型数字信息平台,由于高性能免编程并能简化应用软件编制的特点,将取代RS232、RS485、CAN等计算机通信标准,成为舰船信息监控领域里的新标准。本文介绍了AutoNet的分布数据库高速刷新、平台管理技术、工业以太网等技术原理和技术指标,介绍了AutoNet标准接口的使用方法和设计方法。AutoNet已成功地应用到舰船、工业等领域里几十个工程项目,促进了舰船数字集成平台技术的发展。     

一种新型一体化推进装置控制系统的研制

采用模块化设计概念研制的一种新型一体化推进装置,由一体化推进器(IMP)和控制系统组成。一体化推进器集成了永磁电机和推进器,电机定子与螺旋桨导管集成,电机转子与螺旋桨集成;通过控制系统中液压系统驱动装置收放、旋转、锁紧;基于CAN总线的控制系统完成装置的运行、调速和监控功能。该装置设计独特、新颖,具有优越的特性,可用于船舶的离、靠码头、应急等辅助推进,非常适用于无人潜行器、轻型/重型鱼雷和潜艇等水下平台的推进。简要介绍了装置的工作原理、特点,重点阐述了装置控制系统的研制。     

一种多冗余通信模块的设计及实现

随着舰船中压电网智能化的不断发展,电气设备间的通信需求也不断提高,某新型船舶平台网要求至少具备2个以太网接口和3个CAN接口,需要设计新型的通信模块。本文设计了从CAN总线向以太网转发数据的方案,并选用了德州仪器最新的TMS570处理器制作了该通信模块,成功实现了由一个CAN接口接受数据,另外两路以太网以及CAN接口转发数据。本通信模块可以极大增强电气设备的通信性能,使现有设备满足多冗余通信的需求。     

基于CAN总线的舰船主动力仿真系统设计

为提高舰船主动力监控系统调试的效率,缩短主动力监控系统的出厂检验时间,增强学员系统操作培训的效果,我设计了基于CAN现场总线的舰船主动力半实物实时仿真系统。本文建立了舰船主动力系统的Simulink模型,通过CAN总线将I/O接口箱和仿真计算机相连,将Simulink中的模型数据与VC程序实时交互,并由VC界面实时显示。该系统应用于舰船主动力系统调试中,并获得了良好的调试效果,满足设计的要求。