[發明專利]一種船舶自動舵測試仿真系統

無效

• 申請號: 201210593291.0
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN103048924A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 沈智鵬;郭晨;韓和泰;劉玉博
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

技術領域

本發明涉及一種船舶的硬件在環仿真系統，特別是一種船舶自動舵測試仿真系統，屬于船舶控制與仿真技術領域。

背景技術

隨著經濟全球化的發展，航運業對人類的生產生活有著越來越重要的影響。近幾十年來，伴隨著改革開放，我國已重回航運大國之列。作為航運業的主要載體，船舶的地位越發重要。對船舶進行航向控制即船舶駕駛員保持或改變船舶運動的方向，是保證船舶安全高效航行的關鍵。船舶自動舵是控制船舶航向的重要設備，設計生產出性能優越滿足各種實際環境的自動舵顯得尤為重要。在對自動舵進行研制、生產和維修中，避免不了要對自動舵進行各項性能指標的測試，然而進行實船海上實驗需要大量人力物力，很多情況下無法實現，同時在陸地上自動舵由于缺少真實舵角反饋信號和真實航向反饋信號而不能正常運轉。所以，如何經濟有效地對船舶自動舵進行測試的問題出現。

硬件在環仿真方法是將物理模型和數學模型聯合在一起進行試驗的一種方法，它將實際系統的一部分設備和計算機相互連接，用數學仿真的方式對其中不存在或不便于實驗的部分系統進行仿真，同時保證整個系統實時運轉。該仿真技術綜合了物理仿真和數學仿真兩者的優點，充分利用計算機建模的簡易性，減少了費用，便于對系統的模型部分進行靈活快捷的仿真、變更。該仿真技術在機械、電子、航天航空和武器研制等領域己得到了廣泛應用。但對船舶自動舵進行測試的仿真系統目前還未見公開報道，而船舶其他方面的仿真系統并不能直接用于船舶自動舵測試的仿真。

發明內容

為解決如何經濟有效地對船舶自動舵進行測試的問題，本發明要設計一種可以使船舶自動舵在陸地上正常運轉并可對其各項性能指標進行測試的船舶自動舵測試仿真系統，該仿真系統不僅可對自動舵進行測試，還可作為教學設備訓練學生的操舵技能。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：一種船舶自動舵測試仿真系統，包括船舶模型參數設置系統、船舶運動數學模型處理系統、綜合信息顯示系統、船舶自動舵、舵角產生與反饋裝置，所述的船舶運動數學模型處理系統通過串口通信的方式分別與舵角產生與反饋裝置和船舶自動舵連接，所述的舵角產生與反饋裝置和船舶自動舵通過串口通信的方式進行連接；所述的船舶運動數學模型處理系統與船舶模型參數設置系統和綜合信息顯示系統的通信由程序內部數據傳遞完成；

所述的船舶運動數學模型處理系統的軟件采用Visual?C++編程，并且以動態鏈接庫的形式實現，該系統將解算出的航向實時的通過串口發送給船舶自動舵，使其得到航向反饋量；又通過PLC控制的步進電機模擬實際航行中的液壓舵機帶動舵角反饋器，使船舶自動舵得到與實際航行時一樣電氣特性的舵角反饋信號；這樣船舶自動舵就獲得了兩個必要的反饋量，保證船舶自動舵在陸地上的正常運轉；

所述的綜合信息顯示系統用Visual?C++語言開發，負責采集船舶自動舵和船舶運動數學模型處理系統的各項信息并顯示出來；

所述的舵角產生與反饋裝置，由一個步進電機、一個步進電機驅動器、一個PLC、一個舵角指示自整角機和兩個舵角反饋自整角機構成，所述的舵角指示自整角機與舵角反饋自整角機統稱為舵角反饋器，所述的PLC控制步進電機驅動器，步進電機驅動器驅動步進電機轉動帶動舵角反饋器，安裝在PLC中的軟件采用西門子PLC梯形圖語言進行編寫；

所述的船舶模型參數設置系統，采用Visual?C++語言開發，利用組合框控件與編輯框控件進行參數設置。

本發明的優點和有益效果是：

1、本發明利用步進電機帶動舵角反饋器產生舵角反饋量，通過引入船舶運動數學模型產生航向反饋量，由此，船舶自動舵得到使其正常運轉的兩個必要反饋量，可以實現船舶自動舵在陸地上正常運轉，逼真地模擬船舶自動舵在實船上的工作狀態，通過設計專門的軟件可方便的對船舶自動舵在運轉時產生的信息進行采集，有利于相關科研單位、工廠在研制、生產和維修船舶自動舵時對船舶自動舵各項性能進行測試及評價。為更好地設計和改進船舶自動舵創造了良好方便的條件。同時，本發明可模擬部分海上實驗，可作為航海類院校培訓學生的教學儀器。本發明的研制為從事于船舶自動舵相關工作的科研單位、工廠和航海類院校節省了大量的實船試驗所需的人力物力開支，提高了工作效率。

2、本發明可以實現以下功能：

(1)用戶可根據需要選擇4種不同類型船舶模型及設置初始船速、主機轉速、初始航向、海況參數如風浪流強度、方向等。

(2)作為教學設備，用戶可以利用本發明訓練學生基本的自動舵操縱技能。