[發(fā)明專(zhuān)利]一種深水海洋平臺(tái)拋錨模擬訓(xùn)練仿真平臺(tái)及其仿真方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610130760.3
• 申請(qǐng)日: 2016-03-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105608946B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁利毫;昝英飛;韓端鋒;王本添;宋磊;劉明昊
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G09B9/00
• 分類(lèi)號(hào): G09B9/00
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• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種深水海洋平臺(tái)拋錨模擬訓(xùn)練仿真平臺(tái)，其特征在于：包括綜合控制平臺(tái)、教練員平臺(tái)、視景仿真平臺(tái)、運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)和操作控制平臺(tái)；綜合控制平臺(tái)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)啟教練員平臺(tái)、視景仿真平臺(tái)、運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)和操作控制平臺(tái)后，教練員平臺(tái)發(fā)布培訓(xùn)科目，運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)接收教練員平臺(tái)數(shù)據(jù)與操作控制平臺(tái)的操作指令，實(shí)時(shí)模擬海洋平臺(tái)、拋錨支持船、錨鏈與錨以及拖纜的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并輸入視景仿真平臺(tái)進(jìn)行視景顯示；

所述的綜合控制平臺(tái)、教練員平臺(tái)、視景仿真平臺(tái)、運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)和操作控制平臺(tái)通過(guò)HLA分布式運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊；

所述的綜合控制平臺(tái)包括綜合控制機(jī)、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控軟件以及綜合控制軟件；

所述的教練員平臺(tái)包括教練員機(jī)和教練員軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)；

所述的視景仿真平臺(tái)包括視景仿真機(jī)，三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)，視景仿真軟件和視景顯示終端；

所述的運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)，包括運(yùn)動(dòng)仿真機(jī)、海洋平臺(tái)六自由度運(yùn)動(dòng)模型、拋錨船六自由度運(yùn)動(dòng)模型、錨鏈與錨運(yùn)動(dòng)模型以及拖纜運(yùn)動(dòng)模型；

所述的操作控制平臺(tái)包括拋錨控制臺(tái)，操船控制臺(tái)，并利用實(shí)現(xiàn)A/D&D/A信號(hào)采集與轉(zhuǎn)換裝置，實(shí)現(xiàn)操控設(shè)備模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換；

所述的海洋平臺(tái)六自由度運(yùn)動(dòng)模型為：

其中：η_P為海洋平臺(tái)在大地坐標(biāo)系下的位姿矩陣；J(η_P)為海洋平臺(tái)在大地坐標(biāo)系下與隨船坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)換矩陣；v_P為海洋平臺(tái)在隨船坐標(biāo)系下矩陣；M_{P_RB}為海洋平臺(tái)剛體質(zhì)量矩陣；C_{P_RB}為剛體科里奧利項(xiàng)和向心力矩陣；M_{P_A}為海洋平臺(tái)附加質(zhì)量矩陣；C_{P_A}為附加質(zhì)量引起的科里奧利項(xiàng)和向心力矩陣；D(v_{P_r})為海洋平臺(tái)阻尼矩陣；g_P(η_P)為海洋平臺(tái)靜力矩陣；τ_{P_wind}為海洋平臺(tái)受到的風(fēng)力；τ_{P_wave}為海洋平臺(tái)受到的波浪力；τ_{P_current}為海洋平臺(tái)受到的海流力；τ_a1為拖纜的段部受力；

拋錨船六自由度運(yùn)動(dòng)模型為：

其中：η_S為拋錨船在大地坐標(biāo)系下的位姿矩陣；J(η_S)為拋錨船在大地坐標(biāo)系下與隨船坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)換矩陣；v_S為拋錨船在隨船坐標(biāo)系下矩陣；M_{S_RB}為拋錨船剛體質(zhì)量矩陣；C_{S_RB}為剛體科里奧利項(xiàng)和向心力矩陣；M_{S_A}為拋錨船附加質(zhì)量矩陣；C_{S_A}為附加質(zhì)量引起的科里奧利項(xiàng)和向心力矩陣；D(v_{S_r})為拋錨船阻尼矩陣；g_S(η_S)為拋錨船靜力矩陣；τ_{S_wind}拋錨船受到的風(fēng)力；τ_{S_wave}為拋錨船受到的波浪力；τ_{S_control}為拋錨船的推進(jìn)器推力；τ_{S_current}為拋錨船受到的海流力；τ_a2為拖纜的段部受力。

2.一種基于權(quán)利要求1所述的深水海洋平臺(tái)拋錨模擬訓(xùn)練仿真平臺(tái)的仿真方法，其特征在于：包括以下步驟，

步驟一：手動(dòng)啟動(dòng)綜合控制機(jī)、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控軟件以及綜合控制軟件，并利用綜合控制平臺(tái)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程啟動(dòng)教練員平臺(tái)、視景仿真平臺(tái)、運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)和操作控制平臺(tái)，并在運(yùn)行過(guò)程中監(jiān)測(cè)整個(gè)仿真平臺(tái)硬件運(yùn)行情況，保證平臺(tái)運(yùn)行過(guò)程中硬件設(shè)備安全穩(wěn)定的運(yùn)行；

步驟二：待系統(tǒng)啟動(dòng)后，教練員軟件發(fā)布仿真訓(xùn)練科目，包括訓(xùn)練環(huán)境建立，海洋平臺(tái)，拋錨船，錨鏈、拖纜和錨的參數(shù)設(shè)置，開(kāi)始運(yùn)行仿真；在仿真平臺(tái)運(yùn)行時(shí)，教練員根據(jù)訓(xùn)練實(shí)際情況進(jìn)行訓(xùn)練開(kāi)始、訓(xùn)練暫停、訓(xùn)練繼續(xù)、訓(xùn)練結(jié)束的操作，對(duì)訓(xùn)練進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控以及環(huán)境信息的動(dòng)態(tài)修改；教練員平臺(tái)還包含受訓(xùn)人員資料數(shù)據(jù)庫(kù)、訓(xùn)練仿真數(shù)據(jù)庫(kù)，受訓(xùn)人員資料數(shù)據(jù)庫(kù)用于儲(chǔ)存受訓(xùn)人員的信息，訓(xùn)練仿真數(shù)據(jù)庫(kù)用來(lái)存儲(chǔ)仿真過(guò)程中的仿真數(shù)據(jù)；

步驟三：視景仿真平臺(tái)根據(jù)教練員平臺(tái)指令，根據(jù)訓(xùn)練科目所需的三維場(chǎng)景模型，調(diào)用三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)中的海洋平臺(tái)、拋錨船模型，并建立海洋環(huán)境與大氣環(huán)境視景模型；

步驟四：運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)基于動(dòng)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)原理建立海洋平臺(tái)六自由度運(yùn)動(dòng)模型、拋錨船六自由度運(yùn)動(dòng)模型、錨鏈及錨運(yùn)動(dòng)模型和拖纜運(yùn)動(dòng)模型，根據(jù)教練員平臺(tái)與操作控制平臺(tái)的指令，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模型實(shí)時(shí)解算并將六自由度數(shù)據(jù)輸入視景仿真平臺(tái)；

步驟五：教練員發(fā)布開(kāi)始仿真指令后，操作控制臺(tái)利用實(shí)現(xiàn)A/D&D/A信號(hào)的轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，受訓(xùn)人員利用拋錨控制臺(tái)控制拖纜下放速度，利用操船駕駛臺(tái)控制拋錨支持船的行進(jìn)速度與方向進(jìn)行模擬訓(xùn)練，達(dá)到設(shè)備與人在環(huán)路中的仿真；

步驟六：教練員平臺(tái)根據(jù)數(shù)據(jù)記錄，針對(duì)所選中的訓(xùn)練過(guò)程記錄提供復(fù)現(xiàn)記錄加載、復(fù)現(xiàn)開(kāi)始、復(fù)現(xiàn)暫停、復(fù)現(xiàn)繼續(xù)以及復(fù)現(xiàn)結(jié)束操作，回放整個(gè)模擬仿真的全過(guò)程；

步驟七：訓(xùn)練成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)教練員專(zhuān)家評(píng)價(jià)結(jié)果和記錄數(shù)據(jù)，進(jìn)行學(xué)員操作訓(xùn)練綜合評(píng)價(jià)或?qū)︻A(yù)案實(shí)施的效果進(jìn)行評(píng)估分析，并對(duì)預(yù)案進(jìn)行優(yōu)化；

步驟八：訓(xùn)練結(jié)束后，綜合控制平臺(tái)關(guān)閉各個(gè)仿真平臺(tái)，整個(gè)仿真平臺(tái)使用結(jié)束。