專利名稱：一種船舶運動控制硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)及其工作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在環(huán)仿真系統(tǒng)，特別是一種船舶運動控制硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)及其
工作方法。
背景技術：
船舶運動控制是一個極為復雜的控制過程，高智能化船舶的基本要求是船舶航運自動化，船舶航向自動控制系統(tǒng)亦簡稱為自動舵，是高智能化船舶不可缺少的重要設備，它的性能直接影響著船舶航行的經(jīng)濟性和安全性。自動舵的控制技術水平與控制理論發(fā)展水平相一致，它伴隨著自動控制理論和技術的發(fā)展而發(fā)展。目前神經(jīng)網(wǎng)絡控制、模糊控制、混合智能控制等先進的控制算法為設計高水平的船舶運動控制器提供了新的契機。但是在實際船舶上驗證這些先進的控制算法面臨很多困難首先想要在實際船舶上做研究就必須辦理包括海員證在內的各種煩雜手續(xù)；其次船舶在海上正常運行時也不太可能讓研究人員根據(jù)研究的內容改動各種裝置的參數(shù)；若自行租用船舶，需要大量的人力物力來支持，在現(xiàn)有的條件下無法實現(xiàn)。 硬件在環(huán)仿真方法是將物理模型和數(shù)學模型聯(lián)合在一起進行試驗的一種方法，它將實際系統(tǒng)的一部分設備和計算機相互連接，用數(shù)學仿真的方式對其中不存在或不便于實驗的部分系統(tǒng)進行仿真，同時保證整個系統(tǒng)實時運轉。該仿真技術綜合了物理仿真和數(shù)學仿真兩者的優(yōu)點，充分利用計算機建模的簡易性，減少了費用，便于對系統(tǒng)的模型部分進行靈活快捷的仿真、變更，保證了在實現(xiàn)改變參數(shù)的同時就可詳細觀察系統(tǒng)性能的變化。該仿真技術在機械、電子、航天航空和武器研制等領域已得到了廣泛應用，尤其是在控制系統(tǒng)的設計過程中，由于系統(tǒng)功能日益豐富，設計難度日益加大，利用硬件在環(huán)仿真作為整個系統(tǒng)的開發(fā)平臺則可以預先逐步檢驗控制系統(tǒng)設計的合理性和可靠性，從而大大提高控制系統(tǒng)的研制質量，減小研制風險和提高設計成功率。但船舶運動控制硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)目前尚處在研制階段，沒有成型的產(chǎn)品。

發(fā)明內容
為解決現(xiàn)有技術存在的上述問題，本發(fā)明的目的是設計一種可以實現(xiàn)船型選擇、實船參數(shù)設置、船舶運動控制算法選擇和船舶狀態(tài)實時監(jiān)控的船舶運動控制硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)及其工作方法。 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下一種船舶運動控制硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)包括船舶運動控制器、船舶運動仿真系統(tǒng)和遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)，所述船舶運動仿真系統(tǒng)和船舶運動控制器之間通過串口通信接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)的相互連接，船舶運動控制器和遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)之間通過以太網(wǎng)通信接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)的相互連接；所述的船舶運動仿真系統(tǒng)提供船型選擇，使用者可根據(jù)需要自行輸入不同船型、實船參數(shù)及海況參數(shù)，如船舶長度、吃水深度、方形系數(shù)、風浪強度、風浪方向等；所述的船舶運動控制器包含了智能PID、多模態(tài)智能控制、模糊CMAC控制、混合智能控制等多種控制算法模塊，操作者可以選擇其中任
4意算法模塊進行船舶運動控制的仿真實驗；所述的遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)可向船舶運動控制
器發(fā)送航向命令，設置控制器參數(shù)，并對船舶運動仿真系統(tǒng)的響應情況進行監(jiān)測。 本發(fā)明所述的船型選擇包括大型集裝箱船和油輪兩種船型選擇。 本發(fā)明所述的船舶運動控制器包括主程序模塊、船舶運動控制與通信模塊、以太
網(wǎng)模塊、控制參數(shù)接收與船舶運動狀態(tài)發(fā)送模塊和顯示模塊，所述的主程序模塊是船舶運
動控制器軟件的核心，負責任務調度；船舶運動控制與通信模塊負責與船舶運動仿真系統(tǒng)
的通信任務；以太網(wǎng)模塊負責底層的基于TCP/IP的通信任務；控制參數(shù)接收與船舶運動
狀態(tài)發(fā)送模塊負責與遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)的通信任務；顯示模塊負責顯示船舶的舵角和航向。 本發(fā)明所述的串口通信接口使用WinAPI進行串口通信程序設計，采用事件驅動 方式的編程方法，即當串口接收緩沖區(qū)收到數(shù)據(jù)時，自動執(zhí)行接收程序，對緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù) 進行相應處理。 本發(fā)明所述的船舶運動控制器、船舶運動仿真系統(tǒng)和遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)的軟件 采用Visual 0++語言開發(fā)。 本發(fā)明所述的船舶運動仿真系統(tǒng)包括響應型和分離型兩種船舶運動數(shù)學模型，所 述的響應型數(shù)學模型為非線性二階Nomoto模型，所述的分離型數(shù)學模型包括三自由度匪G 模型和四自由度的平野模型。 本發(fā)明所述的船舶運動控制器的核心模塊是SST公司的8位微處理器
SST89E516RD，所述的串行通信接口采用MAXIM公司生產(chǎn)的MAX232芯片設計，所述的以太網(wǎng)
通信接口采用臺灣Realtek公司生產(chǎn)的10Mb/s以太網(wǎng)控制器RTL8019AS設計。 —種船舶運動控制硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的工作方法包括以下步驟 A、根據(jù)實驗需要，通過船舶運動仿真系統(tǒng)輸入船型、實船參數(shù)及海況參數(shù)，如船舶
長度、吃水深度、方形系數(shù)、風浪強度、風浪方向等； B、遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)通過以太網(wǎng)通信接口把舵角參數(shù)發(fā)送給船舶運動控制 器； C、船舶運動控制器接收到舵角參數(shù)后調用控制函數(shù)對數(shù)據(jù)進行處理，然后把計算 出的航向通過串口通信接口發(fā)送給船舶運動仿真系統(tǒng)； D、船舶運動仿真系統(tǒng)根據(jù)選擇的船舶運動數(shù)學模型與船舶運動控制器形成閉環(huán) 控制，并顯示船舶運動航跡；遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)同時對船舶運動模型的狀態(tài)進行實時監(jiān) 測，繪制航向和舵角曲線，并顯示出船舶運動模型當前的航向和舵角值。 本發(fā)明所述的船舶運動仿真系統(tǒng)與船舶運動控制器還可形成開環(huán)控制，通過船舶 運動控制器的按鍵向船舶運動仿真系統(tǒng)發(fā)送舵角，控制其航跡，模擬手動操舵。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果 1、由于本發(fā)明的船舶運動仿真系統(tǒng)船舶運動仿真系統(tǒng)提供大型集裝箱船和油輪 兩種船型選擇，使用者可根據(jù)需要自行輸入不同船型、實船參數(shù)及海況參數(shù)，實現(xiàn)了根據(jù)使 用者要求進行船型選擇和實船參數(shù)設置的目的。 2、由于本發(fā)明的船舶運動控制器包含了智能PID、多模態(tài)智能控制，模糊CMAC控 制，混合智能控制等多種控制算法模塊，操作者可以選擇其中任意算法模塊進行船舶運動 控制的仿真實驗。
3、由于本發(fā)明的遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)可向舶運動控制器發(fā)送航向命令，設置控制 器參數(shù)，并對船舶運動仿真系統(tǒng)的響應情況進行監(jiān)測等功能，實現(xiàn)了船舶狀態(tài)實時監(jiān)控的 目的。 4、由于本發(fā)明能實現(xiàn)對虛擬船舶的運動控制，同時給控制算法等理論研究者提供 一種實際的算法驗證平臺，也可作為船舶控制系統(tǒng)仿真的科研設備提供給博士、碩士研究 生和教師使用。針對在實際船舶上驗證控制算法面臨眾多的困難，本發(fā)明為在實驗室環(huán)境 進行船舶運動控制器和控制算法的研究提供一個有效的仿真平臺，對加速先進控制理論在 船舶控制領域的應用具有重要意義。


本發(fā)明僅有附圖1張，其中 圖1是種船舶運動控制硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的組成結構框圖。 圖中1、船舶運動仿真系統(tǒng)，2、船舶運動控制器，3、遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)，4、串口 通信接口 ， 5、以太網(wǎng)通信接口 。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明進行進一步地描述。如圖1所示，一種船舶運動控制硬件 在環(huán)仿真系統(tǒng)包括船舶運動控制器2、船舶運動仿真系統(tǒng)1和遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)3，所述 船舶運動仿真系統(tǒng)1和船舶運動控制器2之間通過串口通信接口 4實現(xiàn)數(shù)據(jù)的相互連接， 船舶運動控制器2和遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)3之間通過以太網(wǎng)通信接口 5實現(xiàn)數(shù)據(jù)的相互連 接；所述的船舶運動仿真系統(tǒng)1提供船型選擇，使用者可根據(jù)需要自行輸入不同船型、實船 參數(shù)及海況參數(shù)，如船舶長度、吃水深度、方形系數(shù)、風浪強度、風浪方向等；所述的船舶運 動控制器2包含了智能PID、多模態(tài)智能控制、模糊CMAC控制、混合智能控制等多種控制算 法模塊，操作者可以選擇其中任意算法模塊進行船舶運動控制的仿真實驗；所述的遠程控 制與監(jiān)測系統(tǒng)3可向船舶運動控制器2發(fā)送航向命令，設置控制器參數(shù)，并對船舶運動仿真 系統(tǒng)l的響應情況進行監(jiān)測。所述的船型選擇包括大型集裝箱船和油輪兩種船型選擇。所 述的船舶運動控制器2包括主程序模塊、船舶運動控制與通信模塊、以太網(wǎng)模塊、控制參數(shù) 接收與船舶運動狀態(tài)發(fā)送模塊和顯示模塊，所述的主程序模塊是船舶運動控制器2軟件的 核心，負責任務調度；船舶運動控制與通信模塊負責與船舶運動仿真系統(tǒng)1的通信任務；以 太網(wǎng)模塊負責底層的基于TCP/IP的通信任務；控制參數(shù)接收與船舶運動狀態(tài)發(fā)送模塊負 責與遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)3的通信任務；顯示模塊負責顯示船舶的舵角和航向。所述的串 口通信接口 4使用WinAPI進行串口通信程序設計，采用事件驅動方式的編程方法，即當串 口接收緩沖區(qū)收到數(shù)據(jù)時，自動執(zhí)行接收程序，對緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)進行相應處理。所述的船 舶運動控制器2、船舶運動仿真系統(tǒng)1和遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)3的軟件采用Visual C++語 言開發(fā)。所述的船舶運動仿真系統(tǒng)1包括響應型和分離型兩種船舶運動數(shù)學模型，所述的 響應型數(shù)學模型為非線性二階Nomoto模型，所述的分離型數(shù)學模型包括三自由度匪G模型 和四自由度的平野模型。所述的船舶運動控制器2的核心模塊是SST公司的8位微處理器 SST89E516RD，所述的串行通信接口采用MAXIM公司生產(chǎn)的MAX232芯片設計，所述的以太網(wǎng) 通信接口 5采用臺灣Realtek公司生產(chǎn)的10Mb/s以太網(wǎng)控制器RTL8019AS設計。
—種船舶運動控制硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的工作方法包括以下步驟 A、根據(jù)實驗需要，通過船舶運動仿真系統(tǒng)1輸入船型、實船參數(shù)及海況參數(shù)，如船
舶長度、吃水深度、方形系數(shù)、風浪強度、風浪方向等； B、遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)3通過以太網(wǎng)通信接口 5把舵角參數(shù)發(fā)送給船舶運動控制 器2 ; C、船舶運動控制器2接收到舵角參數(shù)后調用控制函數(shù)對數(shù)據(jù)進行處理，然后把計 算出的航向通過串口通信接口 4發(fā)送給船舶運動仿真系統(tǒng)1 ; D、船舶運動仿真系統(tǒng)1根據(jù)選擇的船舶運動數(shù)學模型與船舶運動控制器2形成閉
環(huán)控制，并顯示船舶運動航跡；遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)3同時對船舶運動模型的狀態(tài)進行實
時監(jiān)測，繪制航向和舵角曲線，并顯示出船舶運動模型當前的航向和舵角值。 本發(fā)明所述的船舶運動仿真系統(tǒng)1與船舶運動控制器2還可形成開環(huán)控制，通過
船舶運動控制器2的按鍵向船舶運動仿真系統(tǒng)1發(fā)送舵角，控制其航跡，模擬手動操舵。 為便于理解本發(fā)明，下面對各分系統(tǒng)的工作原理進行進一步描述 1、船舶運動仿真系統(tǒng)1的工作原理 船舶運動仿真系統(tǒng)1是船舶運動控制器2的被控對象，該系統(tǒng)提供船舶運動數(shù)學 模型用于對象仿真，對船舶運動控制器2輸入的控制量(即舵角)進行響應，輸出航向，并 在系統(tǒng)屏幕上顯示出船舶運動的航跡。 船舶運動仿真系統(tǒng)1與船舶運動控制器2之間的通信是通過串口通信接口 4完成 的。該系統(tǒng)使用WinAPI進行串口通信程序設計，采用事件驅動方式的編程方法，即當串口 接收緩沖區(qū)收到數(shù)據(jù)時，自動執(zhí)行接收程序，對緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)進行相應處理，這樣可以提 高程序的執(zhí)行效率。這種方法的工作原理是建立一個事件線程，它監(jiān)視串口的事件，當有事 件發(fā)生時，它向主線程發(fā)送一個Windows消息，主線程在消息響應函數(shù)中處理已發(fā)生的事 件。程序設計中用到的API函數(shù)的具體使用可以參考有關WinAPI串口編程的書籍或者是 MSDN。另夕卜，串口通信接口 4中使用與船舶運動控制器2串口通信程序中相同的通信協(xié)議。
船舶運動仿真系統(tǒng)1將模型分為響應型模型和分離型模型兩種，其中響應型模型 為非線性二階Nomoto模型；分離型模型包括三自由度匪G模型和四自由度的平野模型。船 舶運動仿真系統(tǒng)1提供參數(shù)輸入界面，可輸入船舶模型的參數(shù)，并對風力、風向、航速等進 行設定。船舶運動仿真系統(tǒng)1中帶有5446TEU系列集裝箱的C0SC0 Shanghai號和3萬噸 油輪的實船數(shù)據(jù)供用戶使用。
2、船舶運動控制器2工作原理 船舶運動控制器2是整個系統(tǒng)的硬件環(huán)節(jié)，各種控制算法可以以程序的形式在船 舶運動控制器2里實現(xiàn)，船舶運動控制器2接收遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)3發(fā)送的控制參數(shù)，對 船舶運動仿真系統(tǒng)1提供的船舶運動數(shù)學模型進行控制，以達到驗證控制算法的目的。船 舶運動控制器2以SST公司的8位微處理器SST89E516RD為核心，采用MAXM公司生產(chǎn)的 MAX232芯片設計串行通信4接口 ，實現(xiàn)與船舶運動仿真系統(tǒng)1的數(shù)據(jù)交互，構成船舶運動閉 環(huán)控制；以太網(wǎng)接口 5采用臺灣Realtek公司生產(chǎn)的10Mb/s以太網(wǎng)控制器RTL8019AS進行 設計，用于船舶運動控制器2和遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)3進行數(shù)據(jù)交互。
3、遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)3的工作原理 遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)3用于向船舶運動控制器2發(fā)送航向命令，并設置船舶運動
7控制器參數(shù)，并對船舶運動仿真系統(tǒng)l的響應情況進行監(jiān)測。遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)3包括 航向、舵角監(jiān)測部分，實時對船舶運動仿真系統(tǒng)1的舵角和航向進行監(jiān)測，并畫出航向和舵 角的監(jiān)測曲線；遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)3還包括參數(shù)設置部分，可以對船舶運動控制器2的參 數(shù)進行設置，同時把航向發(fā)送給船舶運動控制器2。遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)3能實時顯示船舶 運動模型當前的舵角和航向，并可顯示遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)3與船舶運動控制器2的連接 狀態(tài)，通知用戶網(wǎng)絡連接成功與否。 遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)3通過以太網(wǎng)通信接口 5與船舶運動控制器2進行數(shù)據(jù)連 接，使用Microsoft VC++6. 0的Winsock進行網(wǎng)絡編程。Windows Sockets是Microsoft Windows的網(wǎng)絡程序設計接口，是連接應用程序與網(wǎng)絡驅動程序的橋梁，Sockets在應用 程序中創(chuàng)建，通過綁定操作與驅動程序建立關系，此后，應用程序送給Sockets的數(shù)據(jù)，由 Sockets交給驅動程序向網(wǎng)絡上發(fā)送出去。計算機從網(wǎng)絡上收到與該Sockets綁定的IP地 址和端口號相關的數(shù)據(jù)后，由驅動程序交給Sockets,應用程序便可從該Sockets中提取接 收到的數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡應用程序就是這樣通過Sockets進行數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收的。
在TCP/IP網(wǎng)絡應用中，通信的兩個進程間相互作用的主要模式是客戶機/服務器 模式，即客戶向服務器提出請求，服務器接收到請求后，提供相應的服務。本設計采用的就 是這種模式，即船舶運動控制器2為客戶機，遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)3為服務器。本設計中使 用的套接字(Sockets)為流式套接字(SOCK—STREAM)，它提供面向連接、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服 務，數(shù)據(jù)無差錯、無重復的發(fā)送，且按發(fā)送順序接收。流式套接字是基于TCP協(xié)議實現(xiàn)的。流 式套接字的服務進程客戶進程在通信前必須創(chuàng)建各自的套接字并建立連接，然后才能對相 應的套接字進行"讀"、"寫"操作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。本服務進程具體編程步驟如下
(1)創(chuàng)建套接字，服務進程總是先于客戶進程啟動，服務進程首先調用socket函 數(shù)創(chuàng)建一個套接字。 (2)將套接字綁定到一個本地地址和端口號上，以便在網(wǎng)絡上標識該套接字。這個 過程是通過調用bind函數(shù)來完成的。 (3)將套接字設為監(jiān)聽模式，準備接收客戶端的連接請求。將一個套接字設置為監(jiān) 聽模式的是listen函數(shù)。 (4)進入監(jiān)聽狀態(tài)之后，通過調用acc印t函數(shù)使套接字做好接收客戶連接的準 備。此時客戶可以向服務器端發(fā)出連接請求，當連接請求到來后，acc印t函數(shù)會生成一個 新的套接字與客戶套接字建立連接，并向客戶端返回接收信號。至于原來那個監(jiān)聽套接字， 它仍然用于接收其他客戶機連接，而且仍處于監(jiān)聽模式。 (5) —旦客戶機的套接字收到來自服務器的接收信號，則表示客戶機與服務器已 實現(xiàn)連接，可以進行數(shù)據(jù)傳輸了。與客戶進行通信需要用到兩個函數(shù)send函數(shù)和recv函 數(shù)。send函數(shù)通過一個已建立連接的套接字發(fā)送數(shù)據(jù)，recv函數(shù)從一個已連接的套接字接 收數(shù)據(jù)，在此需要注意一點的是當服務器接收數(shù)據(jù)時，如果數(shù)據(jù)沒有到來，recv函數(shù)會阻 塞，從而導致程序暫停運行。為了解決這個問題本設計將接收數(shù)據(jù)的操作放置在一個單獨 的線程中完成，以便順利的進行數(shù)據(jù)的接收。并且在該線程中，當接收到數(shù)據(jù)后就給主線程 發(fā)送一個消息，在消息響應函數(shù)中對接收到的數(shù)據(jù)進行處理。
(6)通信完畢后返回，等待另一客戶請求。 (7)關閉套接字。 一旦任務完成，就必須關掉連接以釋放套接字占用的所有資源，通常調用closesocket函數(shù)來完成此操作'
權利要求
一種船舶運動控制硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，其特征在于包括船舶運動控制器(2)、船舶運動仿真系統(tǒng)(1)和遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)(3)，所述船舶運動仿真系統(tǒng)(1)和船舶運動控制器(2)之間通過串口通信接口(4)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的相互連接，船舶運動控制器(2)和遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)(3)之間通過以太網(wǎng)通信接口(5)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的相互連接；所述的船舶運動仿真系統(tǒng)(1)提供船型選擇，使用者可根據(jù)需要自行輸入不同船型、實船參數(shù)及海況參數(shù)，如船舶長度、吃水深度、方形系數(shù)、風浪強度、風浪方向等；所述的船舶運動控制器(2)包含了智能PID、多模態(tài)智能控制、模糊CMAC控制、混合智能控制等多種控制算法模塊，操作者可以選擇其中任意算法模塊進行船舶運動控制的仿真實驗；所述的遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)(3)可向船舶運動控制器(2)發(fā)送航向命令，設置控制器參數(shù)，并對船舶運動仿真系統(tǒng)(1)的響應情況進行監(jiān)測。
2. 根據(jù)權利要求1所述的船舶運動控制硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，其特征在于所述的船型 選擇包括大型集裝箱船和油輪兩種船型選擇。
3. 根據(jù)權利要求1所述的船舶運動控制硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，其特征在于所述的船舶 運動控制器(2)包括主程序模塊、船舶運動控制與通信模塊、以太網(wǎng)模塊、控制參數(shù)接收與 船舶運動狀態(tài)發(fā)送模塊和顯示模塊，所述的主程序模塊是船舶運動控制器(2)軟件的核 心，負責任務調度；船舶運動控制與通信模塊負責與船舶運動仿真系統(tǒng)(1)的通信任務；以 太網(wǎng)模塊負責底層的基于TCP/IP的通信任務；控制參數(shù)接收與船舶運動狀態(tài)發(fā)送模塊負 責與遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)(3)的通信任務；顯示模塊負責顯示船舶的舵角和航向。
4. 根據(jù)權利要求1所述的船舶運動控制硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，其特征在于所述的串口 通信接口 (4)使用WinAPI進行串口通信程序設計，采用事件驅動方式的編程方法，即當串 口接收緩沖區(qū)收到數(shù)據(jù)時，自動執(zhí)行接收程序，對緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)進行相應處理。
5. 根據(jù)權利要求1所述的船舶運動控制硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，其特征在于所述的船舶 運動控制器(2)、船舶運動仿真系統(tǒng)(1)和遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)(3)的軟件采用Visual C++ 語言開發(fā)。
6. 根據(jù)權利要求1所述的船舶運動控制硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，其特征在于所述的船舶 運動仿真系統(tǒng)(1)包括響應型和分離型兩種船舶運動數(shù)學模型，所述的響應型數(shù)學模型為 非線性二階Nomoto模型，所述的分離型數(shù)學模型包括三自由度匪G模型和四自由度的平野 模型。
7. 根據(jù)權利要求1或3所述的船舶運動控制硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，其特征在于所述 的船舶運動控制器(2)的核心模塊是SST公司的8位微處理器SST89E516RD，所述的串行 通信接口采用MAXM公司生產(chǎn)的MAX232芯片設計，所述的以太網(wǎng)通信接口 (5)采用臺灣 Realtek公司生產(chǎn)的10Mb/s以太網(wǎng)控制器RTL8019AS設計。
8. —種船舶運動控制硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的工作方法，其特征在于包括以下步驟A、 根據(jù)實驗需要，通過船舶運動仿真系統(tǒng)(1)輸入船型、實船參數(shù)及海況參數(shù)，如船舶 長度、吃水深度、方形系數(shù)、風浪強度、風浪方向等；B、 遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)(3)通過以太網(wǎng)通信接口 (5)把舵角參數(shù)發(fā)送給船舶運動控制 器(2);C、 船舶運動控制器(2)接收到舵角參數(shù)后調用控制函數(shù)對數(shù)據(jù)進行處理，然后把計算 出的航向通過串口通信接口 (4)發(fā)送給船舶運動仿真系統(tǒng)(1);D、船舶運動仿真系統(tǒng)(1)根據(jù)選擇的船舶運動數(shù)學模型與船舶運動控制器(2)形成閉環(huán)控制，并顯示船舶運動航跡；遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)(3)同時對船舶運動模型的狀態(tài)進行實時監(jiān)測，繪制航向和舵角曲線，并顯示出船舶運動模型當前的航向和舵角值。
9.根據(jù)權利要求8所述的船舶運動控制硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的工作方法，其特征在于所述的船舶運動仿真系統(tǒng)(1)與船舶運動控制器(2)還可形成開環(huán)控制，通過船舶運動控制器(2)的按鍵向船舶運動仿真系統(tǒng)(1)發(fā)送舵角，控制其航跡，模擬手動操舵。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種船舶運動控制硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)及其工作方法，所述的系統(tǒng)包括船舶運動控制器、船舶運動仿真系統(tǒng)和遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)，所述船舶運動仿真系統(tǒng)和船舶運動控制器之間通過串口通信接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)的相互連接，船舶運動控制器和遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)之間通過以太網(wǎng)通信接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)的相互連接。所述的方法包括通過船舶運動仿真系統(tǒng)輸入船型選擇、實船參數(shù)及海況參數(shù)；通過遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)送舵角參數(shù)；船舶運動控制器計算出航向；船舶運動仿真系統(tǒng)與船舶運動控制器形成閉環(huán)控制等。利用本發(fā)明，使用者可任意進行船型選擇和實船參數(shù)設置，并可以選擇其中任意算法模塊進行船舶運動控制的仿真實驗，實現(xiàn)了船舶狀態(tài)實時監(jiān)控的目的。
文檔編號G05B23/02GK101713998SQ20091022007
公開日2010年5月26日 申請日期2009年11月20日 優(yōu)先權日2009年11月20日
發(fā)明者楊楊, 沈智鵬, 郭晨 申請人:大連海事大學