專利名稱：一種船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種船舶控制與仿真技術(shù)領(lǐng)域的硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，特別是一種船舶 主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)期以來，船舶作為海上交通運(yùn)輸?shù)闹匾ぞ撸爸鲃?dòng)力與操舵控制兩個(gè)系統(tǒng) 是完全獨(dú)立的，而實(shí)際上，船舶主動(dòng)力的控制與船舶運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)，根據(jù)船舶操縱原理，舵 與水的相對(duì)速度越高，舵效就越明顯。船速高時(shí)，操舵的控制作用效果顯著；在船舶靠離泊 時(shí)，通常船速較低，這時(shí)仍需要頻繁控制主機(jī)轉(zhuǎn)速，使螺旋槳產(chǎn)生相對(duì)于舵葉的水流，以保 證操舵效果，從而獲得良好的船舶操縱特性。船舶柴油主機(jī)在額定負(fù)荷工作點(diǎn)時(shí)效率最高， 此時(shí)主機(jī)運(yùn)行于經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定可靠的工作狀態(tài)。當(dāng)船舶轉(zhuǎn)向時(shí)，舵要偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度，船體在斜 水流中前進(jìn)，船舶阻力要比直線航行時(shí)明顯增加，在相同的螺旋槳轉(zhuǎn)速下，船速會(huì)降低，螺 旋槳特性曲線變陡，可能產(chǎn)生主機(jī)排煙溫度升高、燃燒不完全，機(jī)械超負(fù)荷的情況，嚴(yán)重時(shí) 可引起主機(jī)氣缸套、氣缸蓋損壞。船舶主機(jī)和操舵采用完全獨(dú)立的控制方式，存在明顯的局限性，若能實(shí)現(xiàn)船舶主 動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制，既可實(shí)現(xiàn)船舶節(jié)能，又可減少對(duì)于船舶主機(jī)運(yùn)行的不利影響，從 而有利于取得船舶運(yùn)動(dòng)控制的優(yōu)化效果。但是在實(shí)際船舶上驗(yàn)證這種綜合優(yōu)化控制算法面 臨很多困難首先想要在實(shí)際船舶上做研究就必須辦理包括海員證在內(nèi)的各種煩雜手續(xù)； 其次船舶在海上正常運(yùn)行時(shí)也不太可能讓研究人員根據(jù)研究的內(nèi)容改動(dòng)各種裝置的參數(shù)； 若自行租用船舶，需要大量的人力財(cái)力來支持，在現(xiàn)有的條件下無法實(shí)現(xiàn)。硬件在環(huán)仿真方法是將物理模型和數(shù)學(xué)模型聯(lián)合在一起進(jìn)行試驗(yàn)的一種方法，它 將實(shí)際系統(tǒng)的一部分設(shè)備和計(jì)算機(jī)相互連接，用數(shù)學(xué)仿真的方式對(duì)其中不存在或不便于實(shí) 驗(yàn)的部分系統(tǒng)進(jìn)行仿真，同時(shí)保證整個(gè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。該仿真技術(shù)綜合了物理仿真和數(shù)學(xué) 仿真兩者的優(yōu)點(diǎn)，充分利用計(jì)算機(jī)建模的簡(jiǎn)易性，減少了費(fèi)用，便于對(duì)系統(tǒng)的模型部分進(jìn)行 靈活快捷的仿真、變更。該仿真技術(shù)在機(jī)械、電子、航天航空和武器研制等領(lǐng)域已得到了廣 泛應(yīng)用，尤其是在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，由于系統(tǒng)功能日益豐富，設(shè)計(jì)難度日益加大，利 用硬件在環(huán)仿真作為整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)則可以預(yù)先逐步檢驗(yàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性和 可靠性，從而大大提高控制系統(tǒng)的研制質(zhì)量，減小研制風(fēng)險(xiǎn)和提高設(shè)計(jì)成功率。但船舶主動(dòng) 力與操縱綜合優(yōu)化控制硬件在環(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(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要設(shè)計(jì)一種可以實(shí)現(xiàn)實(shí)船操縱方式模擬 和船舶綜合優(yōu)化控制算法測(cè)試功能的船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控 制的硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，包括虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)、船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器、 船舶操舵與主機(jī)控制臺(tái)、船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)、系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器和以太網(wǎng)，所述的虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)、船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器、船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)、系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器分別 通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的相互交換，船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器和船舶操舵與主機(jī)控 制臺(tái)間直接通過模擬電平連接；所述的虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)包括船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型和船舶柴油機(jī)數(shù)學(xué)模型，運(yùn) 行時(shí)，通過以太網(wǎng)接收船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器輸出的船舶舵角和主機(jī)給油量?jī)?個(gè)控制量，并根據(jù)接收到的船舶舵角和主機(jī)給油量，由船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型和船舶柴油機(jī)數(shù) 學(xué)模型計(jì)算得到船舶船速、船舶航向、主機(jī)轉(zhuǎn)速、主機(jī)功率等參數(shù)，且通過以太網(wǎng)輸出到其 它系統(tǒng)；所述的船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器裝載船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制 算法，根據(jù)給定的船舶航向、航速車令，協(xié)調(diào)船舶操縱性、主機(jī)工作特性、船舶裝載、海洋環(huán) 境擾動(dòng)、航行安全、經(jīng)濟(jì)航行等因素，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶主動(dòng)力與操縱的一體化綜合優(yōu)化控制；所述的船舶操舵與主機(jī)控制臺(tái)包括操舵儀、主機(jī)車鐘、顯示儀表和指示燈；所述的船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)包括視頻監(jiān)視系統(tǒng)和船舶狀態(tài)參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對(duì)機(jī) 艙和駕駛室監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的視頻圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)播放及實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，并采用IP組播技術(shù) 向其他系統(tǒng)傳輸實(shí)時(shí)圖像；所述的系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器負(fù)責(zé)對(duì)虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)、船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu) 化控制器、船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)調(diào)度。本發(fā)明所述的虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)的軟件采用Visual C++和Vega混合編程 實(shí)現(xiàn)，所述的虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)、船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)和系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器的軟件采用 Visual C++語言開發(fā)。本發(fā)明所述的系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器利用邏輯時(shí)間和邏輯時(shí)間戳機(jī)制，采用一種同步啟 動(dòng)調(diào)度策略對(duì)虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)、船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器和船舶監(jiān)控仿真 系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)各仿真子系統(tǒng)加入、仿真啟動(dòng)，仿真運(yùn)行、仿真結(jié)束等控制。本發(fā)明所述的船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器裝載有船舶主動(dòng)力與操縱綜合 優(yōu)化控制算法軟件，并執(zhí)行以下程序A、當(dāng)船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)設(shè)置船舶控制方式為自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，船舶主動(dòng)力與操縱綜合 優(yōu)化控制器接收船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)發(fā)送的期望航向、航速以及控制參數(shù)，利用其中裝載 的綜合優(yōu)化控制算法得到船舶舵角和給油量，并對(duì)虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制；B、當(dāng)船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)設(shè)置船舶控制方式為隨動(dòng)狀態(tài)時(shí)，船舶操舵與主機(jī)控制臺(tái) 通過操舵儀的操縱舵輪直接輸出舵角信號(hào)，通過車鐘上的操縱手柄直接輸出給油量信號(hào)， 并作為船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器的控制量輸出，對(duì)虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)進(jìn)行開 環(huán)控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果1、由于本發(fā)明用戶可根據(jù)需要在船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)中提供的用戶界面上設(shè)置不 同船舶參數(shù)如船舶長(zhǎng)度、吃水、方形系數(shù)及海況參數(shù)如風(fēng)浪強(qiáng)度、方向等，因而可以模擬不 同類型船舶在各種海況下的控制仿真效果。2、由于本發(fā)明用戶可以在船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)中提供的用戶界面上設(shè)置船舶操縱 方式，分為自動(dòng)和隨動(dòng)操縱兩種狀態(tài)。在自動(dòng)操縱狀態(tài)下，用戶可通過設(shè)定期望航向和航 速，由船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器實(shí)現(xiàn)船舶的自動(dòng)航行，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)；在隨動(dòng)操縱狀態(tài)下，可以通過船舶操舵與主機(jī)控制臺(tái)上的操舵儀和車鐘手柄直接改變船舶運(yùn)動(dòng)的航向 和航速，構(gòu)成開環(huán)系統(tǒng)。這種開環(huán)與閉環(huán)兩種控制方式符合實(shí)際船舶操縱，一般在大洋航行 時(shí)用閉環(huán)控制，在淺狹水道及靠港時(shí)用開環(huán)控制。由于可以設(shè)置不同的操縱方式，因而可以 實(shí)現(xiàn)實(shí)船操縱方式模擬。3、由于本發(fā)明的船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器裝載船舶主動(dòng)力與操縱綜合 優(yōu)化控制算法，可以根據(jù)給定的船舶航向、航速車令，協(xié)調(diào)船舶操縱性、主機(jī)工作特性、船舶 裝載、海洋環(huán)境擾動(dòng)、航行安全、經(jīng)濟(jì)航行等因素，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)船舶主動(dòng)力與操縱的一體 化綜合優(yōu)化控制。4、由于本發(fā)明在船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)中安裝了攝像頭和視頻采集卡，能對(duì)機(jī)艙和駕 駛室的視頻圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)播放及實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，同時(shí)對(duì)船舶運(yùn)行的詳細(xì)情況如航向、 航速、舵角、轉(zhuǎn)艏角速率，以及主機(jī)轉(zhuǎn)速、主機(jī)功率等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并畫出航向、舵角和船 速變化的監(jiān)測(cè)曲線，用戶可以根據(jù)監(jiān)控結(jié)果測(cè)試出船舶綜合優(yōu)化控制算法的性能，并通過 調(diào)整參數(shù)，使得船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制算法達(dá)到預(yù)期效果。5、由于本發(fā)明的船舶操舵與主機(jī)控制臺(tái)上有操舵儀，主機(jī)車鐘，以及顯示儀表，指 示燈等，用戶可操縱舵輪實(shí)時(shí)控制船舶航向，操縱車鐘手柄可以實(shí)時(shí)控制船舶航速。6、由于本發(fā)明船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，能讓用戶實(shí)現(xiàn) 對(duì)虛擬船舶航向和航速的自動(dòng)控制，為在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境進(jìn)行船舶運(yùn)動(dòng)控制器和控制算法的研 究提供一個(gè)有效的仿真平臺(tái)，對(duì)加速先進(jìn)控制理論在船舶控制領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義， 也可作為船舶控制系統(tǒng)仿真的科研設(shè)備提供博士、碩士研究生和教師使用。


本發(fā)明僅有附圖1張，其中圖1是本發(fā)明一種船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的組成結(jié) 構(gòu)框圖。圖中1、虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)，2、船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器，3、船舶操 舵與主機(jī)控制臺(tái)，4、船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)，5、系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器，6、以太網(wǎng)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步地描述。如圖1所示，一種船舶主動(dòng)力與操縱 綜合優(yōu)化控制的硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，包括虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)1、船舶主動(dòng)力與操縱綜合 優(yōu)化控制器2、船舶操舵與主機(jī)控制臺(tái)3、船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)4、系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器5和以太網(wǎng) 6，所述的虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)1、船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器2、船舶監(jiān)控仿真系 統(tǒng)4、系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器5分別通過以太網(wǎng)6實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的相互交換，船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu) 化控制器2和船舶操舵與主機(jī)控制臺(tái)3間直接通過模擬電平連接；所述的虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)1包括船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型和船舶柴油機(jī)數(shù)學(xué)模型， 運(yùn)行時(shí)，通過以太網(wǎng)6接收船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器2輸出的船舶舵角和主機(jī)給 油量?jī)蓚€(gè)控制量，并根據(jù)接收到的船舶舵角和主機(jī)給油量，由船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型和船舶柴 油機(jī)數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到船舶船速、船舶航向、主機(jī)轉(zhuǎn)速、主機(jī)功率等參數(shù)，且通過以太網(wǎng)6 輸出到其它系統(tǒng)；
所述的船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器2裝載船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控 制算法，根據(jù)給定的船舶航向、航速車令，協(xié)調(diào)船舶操縱性、主機(jī)工作特性、船舶裝載、海洋 環(huán)境擾動(dòng)、航行安全、經(jīng)濟(jì)航行等因素，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶主動(dòng)力與操縱的一體化綜合優(yōu)化控制；所述的船舶操舵與主機(jī)控制臺(tái)3包括操舵儀、主機(jī)車鐘、顯示儀表和指示燈；所述的船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)4包括視頻監(jiān)視系統(tǒng)和船舶狀態(tài)參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對(duì) 機(jī)艙和駕駛室監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的視頻圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)播放及實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，并采用IP組播技 術(shù)向其他系統(tǒng)傳輸實(shí)時(shí)圖像；所述的系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器5負(fù)責(zé)對(duì)虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)1、船舶主動(dòng)力與操縱綜 合優(yōu)化控制器2、船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)4進(jìn)行協(xié)調(diào)調(diào)度。本發(fā)明所述的虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)1的軟件采用Visual C++和Vega混合編程 實(shí)現(xiàn)，所述的虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)1、船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)4和系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器5的軟件采 用Visual C++語言開發(fā)。所述的系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器5利用邏輯時(shí)間和邏輯時(shí)間戳機(jī)制，采 用一種同步啟動(dòng)調(diào)度策略對(duì)虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)1、船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器 2和船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)4進(jìn)行協(xié)調(diào)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)各仿真子系統(tǒng)加入、仿真啟動(dòng)，仿真運(yùn)行、仿真 結(jié)束等控制。所述的船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器2裝載有船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu) 化控制算法軟件，并執(zhí)行以下程序A、當(dāng)船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)4設(shè)置船舶控制方式為自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，船舶主動(dòng)力與操縱綜 合優(yōu)化控制器2接收船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)4發(fā)送的期望航向、航速以及控制參數(shù)，利用其中裝 載的綜合優(yōu)化控制算法得到船舶舵角和給油量，并對(duì)虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)1進(jìn)行閉環(huán)控 制；B、當(dāng)船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)4設(shè)置船舶控制方式為隨動(dòng)狀態(tài)時(shí)，船舶操舵與主機(jī)控制 臺(tái)3通過操舵儀的操縱舵輪直接輸出舵角信號(hào)，通過車鐘上的操縱手柄直接輸出給油量信 號(hào)，并作為船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器2的控制量輸出，對(duì)虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)1 進(jìn)行開環(huán)控制。本發(fā)明以三維虛擬仿真的方式展現(xiàn)一艘船舶的航向和航速的實(shí)時(shí)控制仿真過程， 由操舵儀-舵-船舶航向、主機(jī)_螺旋槳_船舶航速構(gòu)成了一個(gè)完整的船舶閉環(huán)控制系統(tǒng)。在隨動(dòng)操縱方式下，通過操縱船舶操舵與主機(jī)控制臺(tái)3上的操舵儀舵輪可以實(shí)時(shí) 改變船舶運(yùn)動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)1中船舶運(yùn)動(dòng)航向；通過操縱船舶操舵與主機(jī)控制臺(tái)3上 的車鐘手柄設(shè)定各種正、倒車車令，并調(diào)節(jié)給油量的大小，可以實(shí)時(shí)改變船舶運(yùn)動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí) 仿真系統(tǒng)1中船舶航速，系統(tǒng)配有機(jī)艙實(shí)時(shí)音響仿真效果，逼真地體現(xiàn)了主機(jī)起動(dòng)，換向， 加、減速，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)感。在自動(dòng)操縱方式下，船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器2接收船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng) 4發(fā)送的期望航向、航速以及控制參數(shù)，利用控制器中裝載的綜合優(yōu)化控制算法得到船舶舵 角和給油量，對(duì)虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)1進(jìn)行閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)航向與航速的自動(dòng)控制。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的工作過程和有益效果作進(jìn)一步地說明1、虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)1由VC++和Vega混合編程實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)中仿真模擬的 船舶是超巴拿馬型第五代集裝箱船5446TEU系列集裝箱船，該集裝箱船設(shè)備先進(jìn)，載重量 大，最大航速達(dá)到27節(jié)，額定航速為24. 5節(jié)。具體參數(shù)為船長(zhǎng)280米，兩柱間長(zhǎng)267米，船 寬39. 8米，船舶空載質(zhì)量3. 5453萬噸，船舶滿載質(zhì)量6. 5531萬噸，設(shè)計(jì)吃水T12. 532米，滿載吃水14. 032米。該系統(tǒng)包含了船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，船舶柴油機(jī)數(shù)學(xué)模型。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，虛擬船舶運(yùn) 動(dòng)仿真系統(tǒng)1通過以太網(wǎng)6接收船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器2輸出的船舶舵角和主 機(jī)給油量?jī)蓚€(gè)控制量，并根據(jù)接收到的船舶舵角和主機(jī)給油量，由船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型和船 舶柴油機(jī)數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到船舶船速，船舶航向，主機(jī)轉(zhuǎn)速，主機(jī)功率等參數(shù)，且由以太網(wǎng)6 輸出到其它系統(tǒng)。Vega是美國(guó)Multigen-Paradigm公司用于虛擬現(xiàn)實(shí)、實(shí)時(shí)實(shí)景仿真、聲音仿真以 及其他可視化領(lǐng)域的世界領(lǐng)先級(jí)應(yīng)用軟件工具。它支持快速復(fù)雜的視覺仿真程序，能為用 戶提供一種復(fù)雜仿真事件的便捷手段，它將易用的工具和高級(jí)仿真功能巧妙地結(jié)合起來， 使用戶以簡(jiǎn)單的操作迅速地創(chuàng)建、編輯和運(yùn)行復(fù)雜的仿真應(yīng)用程序。由于Vega大幅度地減 少了源代碼的編程，使軟件的維護(hù)和實(shí)時(shí)性能的進(jìn)一步優(yōu)化變得更加容易，從而大大提高 了工作效率。Vega提供了很多功能模塊，各模塊帶有方便的接口。其中Vega海洋仿真模塊為實(shí) 現(xiàn)逼真的海洋仿真提供了完善的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)海洋模型、區(qū)域矢量以及各種各樣的海洋特殊 效果等，使用海洋仿真模塊，用戶可以快捷地開發(fā)出極具創(chuàng)造性的海洋仿真應(yīng)用，所有的海 洋效果都可以通過擴(kuò)展的圖形界面方便地進(jìn)行設(shè)置，或者實(shí)時(shí)地通過該模塊的應(yīng)用程序編 程接口加以控制。本系統(tǒng)基于VC++的SDI框架，利用Vega開發(fā)船舶運(yùn)動(dòng)虛擬場(chǎng)景。程序主框架為main (int argc, char^argv []){vglnitSysO ；/* 初始化 Vega 系統(tǒng) */vglnitMarineO ；/* 初始化海洋模塊 */vglnitFxO ；/* 調(diào)用特效模塊 */vgDefineSys(argv[l]) ； /* 定義系統(tǒng)讀取 ADF 文件 */vgConfigSysO ；/* 系統(tǒng)配置 */while (1)/* 主循環(huán) */{ vgSyncFrame () ； /* 幀同步 */vgFrameO ；/*當(dāng)前幀下進(jìn)行所有內(nèi)部處理工作*//*應(yīng)用程序具體實(shí)現(xiàn)代碼*/}}所設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的船舶運(yùn)動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真場(chǎng)景具有以下功能海洋顏色可調(diào)，海浪 等級(jí)可調(diào)，船舶尾跡，天空可變，光線可調(diào)，多視角觀察船舶運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，船舶四自由度運(yùn)動(dòng)， 以及舵和減搖鰭的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)。2、船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器2是整個(gè)系統(tǒng)的核心硬件環(huán)節(jié)，裝載了船舶 主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制算法。當(dāng)船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)4設(shè)置船舶控制方式為自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，船舶主動(dòng)力與操縱綜合 優(yōu)化控制器2接收船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)4發(fā)送的期望航向、航速以及控制參數(shù)，利用其裝載的綜合優(yōu)化控制算法得到船舶舵角和給油量，對(duì)虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)1進(jìn)行閉環(huán)控制。當(dāng)船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)4設(shè)置船舶控制方式為隨動(dòng)狀態(tài)時(shí)，船舶操舵與主機(jī)控制臺(tái) 3通過操舵儀的操縱舵輪直接輸出舵角信號(hào)，通過車鐘上的操縱手柄直接輸出給油量信號(hào)， 并作為船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器2的控制量輸出，對(duì)虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)1進(jìn) 行開環(huán)控制。其中船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制算法，根據(jù)給定的船舶航向、航速車令，協(xié)調(diào) 船舶操縱性、主機(jī)工作特性、船舶裝載、海洋環(huán)境擾動(dòng)、航行安全、經(jīng)濟(jì)航行等因素，實(shí)現(xiàn)對(duì) 船舶主動(dòng)力與操縱的一體化綜合優(yōu)化控制。對(duì)于船舶開闊水域直線航行工況，本發(fā)明可切換到船舶航向保持、主機(jī)獨(dú)立控制 模式，保留傳統(tǒng)控制模式。對(duì)于船舶大舵角變航操縱或淺、狹水道航行時(shí)，對(duì)船舶柴油主機(jī)和自動(dòng)舵采用綜 合優(yōu)化控制的具體步驟如下A、在主機(jī)控制模塊中設(shè)置包含主機(jī)負(fù)荷、船速、舵角、船首回轉(zhuǎn)角速度等變量的優(yōu) 化性能指標(biāo)函數(shù)的程序，在達(dá)到相應(yīng)舵效船速的前提下，自適應(yīng)地適當(dāng)減少主機(jī)供油量；B、根據(jù)操作指令和船舶航行狀況計(jì)算給出在當(dāng)前航行工況下的船舶操舵和主機(jī) 給油量設(shè)定值，盡量使船舶柴油主機(jī)工作在額定負(fù)荷或其近旁工作點(diǎn)時(shí)的經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定可靠 運(yùn)行、效率最高的工作狀態(tài)；C、船舶航向和主機(jī)控制器的給定值設(shè)定(i)當(dāng)判斷船舶處于應(yīng)急避碰或快速機(jī)動(dòng)的特殊狀態(tài)，則根據(jù)主機(jī)的當(dāng)前負(fù)荷狀 況，進(jìn)行加速操作(增加燃油給定值)，必要時(shí)可在短時(shí)段內(nèi)超負(fù)荷10%運(yùn)行，在不損壞主 機(jī)的前提下完成船舶的快速機(jī)動(dòng)性操縱；(ii)當(dāng)現(xiàn)有主機(jī)負(fù)荷較高，航速較高時(shí)，船舶具有較好的航速儲(chǔ)備，便于進(jìn)行航向 控制，此時(shí)若有大舵角操縱指令時(shí)，可適當(dāng)減少燃油給定值，改進(jìn)主機(jī)的工作狀況，進(jìn)而減 少有害氣體排放，達(dá)到推進(jìn)主機(jī)和航向的優(yōu)化協(xié)調(diào)一體化控制的目標(biāo)；D、根據(jù)船舶指令，建立切換選擇上述⑴、(ii)兩個(gè)程序的智能判斷模塊，執(zhí)行雙 模態(tài)控制，完成船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制方法。3、船舶操舵與主機(jī)控制臺(tái)3上有操舵儀、主機(jī)車鐘、顯示儀表和指示燈等。船舶運(yùn) 行最主要的兩個(gè)參數(shù)為船舶航向與航速，船舶航向通過操舵來控制，同時(shí)通過主機(jī)車鐘手 柄改變給油量控制主機(jī)轉(zhuǎn)速，從而間接控制航速。車鐘的輸出信號(hào)實(shí)際上是位于車鐘內(nèi)部 一個(gè)電位器的輸出電壓信號(hào)，車鐘上的操縱手柄帶動(dòng)電位器上的滑塊，從而通過電位器的 輸出反映車鐘的實(shí)際位置，即為給油量信號(hào)。操舵儀輸出信號(hào)實(shí)際上是位于操舵儀內(nèi)部的 一個(gè)電位器的輸出電壓信號(hào)，操舵儀的操縱舵輪帶動(dòng)電位器上的滑塊，通過電位器的輸出 反映操舵儀的實(shí)際位置，即為舵角信號(hào)。船舶操舵與主機(jī)控制臺(tái)3上儀表分別顯示船舶船 速、船舶航向、船舶舵角、主機(jī)轉(zhuǎn)速、主機(jī)功率和給油量等船舶狀態(tài)參數(shù)，并有隨動(dòng)操作和自 動(dòng)操作兩個(gè)狀態(tài)指示燈。在自動(dòng)操作狀態(tài)時(shí)，船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器2將其計(jì)算得到的船舶舵 角和給油量信號(hào)輸出到船舶操舵與主機(jī)控制臺(tái)3的儀表上，同時(shí)通過以太網(wǎng)6接收虛擬船 舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)1計(jì)算輸出的船舶船速，船舶航向，主機(jī)轉(zhuǎn)速，主機(jī)功率等參數(shù)，并顯示在 船舶操舵與主機(jī)控制臺(tái)3的儀表上。
在隨動(dòng)操作狀態(tài)時(shí)，船舶操舵與主機(jī)控制臺(tái)3通過操舵儀的操縱舵輪直接輸出舵 角信號(hào)，通過車鐘上的操縱手柄直接輸出給油量信號(hào)，并作為船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化 控制器2的控制量輸出，由以太網(wǎng)6輸出到其它系統(tǒng)。4、船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)4可以設(shè)置船舶操縱方式，分為自動(dòng)和隨動(dòng)操縱兩種狀態(tài)。 在自動(dòng)操縱狀態(tài)下，用戶可通過設(shè)定期望航向和航速，由船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制 器2實(shí)現(xiàn)船舶的自動(dòng)航行，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)；在隨動(dòng)操縱狀態(tài)下，可以通過船舶操舵與主機(jī)控 制臺(tái)3上的操舵儀和車鐘手柄直接改變船舶運(yùn)動(dòng)的航向和航速，構(gòu)成開環(huán)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括視頻監(jiān)視系統(tǒng)和船舶狀態(tài)參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)。在視頻監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)有兩個(gè)攝像頭，一臺(tái)用于監(jiān)控機(jī)艙、另一臺(tái)用于監(jiān)控駕駛室。視頻 監(jiān)視系統(tǒng)由一個(gè)配置較好的計(jì)算機(jī)作為基本監(jiān)控中樞，內(nèi)含視頻服務(wù)軟件，它對(duì)機(jī)艙和駕 駛室監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的視頻圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)播放及實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，同時(shí)還要通過以太網(wǎng)6向 其他系統(tǒng)傳輸實(shí)時(shí)圖像。采用基于IP組播的視頻通訊技術(shù)，利用一個(gè)IP地址將數(shù)據(jù)報(bào)文 發(fā)送到用戶組。IP組播采用了特殊定義的目的IP地址和目的MAC地址。IGMPdnternet 組管理協(xié)議)為客戶端提供加入和離開組播組的方式。CGMP (Cisco組管理協(xié)議)使路由器 為交換機(jī)配置組播轉(zhuǎn)發(fā)表，并告訴交換機(jī)當(dāng)前的組播成員。指派路由器根據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中組播 成員的分布和使用的不同采用密集模式DM或稀疏模式SM組播路由協(xié)議來構(gòu)造組播的分布 樹，而這個(gè)分布樹將在源子網(wǎng)和組播組之間確定一條唯一路徑以提高數(shù)據(jù)傳輸效率。系統(tǒng) 采用基于H. 264標(biāo)準(zhǔn)的視頻采集壓縮卡，該采集卡配套提供了視頻采集與網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)认嚓P(guān) 的動(dòng)態(tài)連接庫。船舶狀態(tài)參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)可以設(shè)置船舶操縱方式，當(dāng)設(shè)定為自動(dòng)操縱狀態(tài)時(shí)，能向 船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器2發(fā)送航向和航速命令，還能對(duì)船型參數(shù)和海況參數(shù)進(jìn) 行設(shè)置，如船舶長(zhǎng)度、吃水深度、方形系數(shù)、風(fēng)浪強(qiáng)度、風(fēng)浪方向等；同時(shí)對(duì)船舶運(yùn)行的詳細(xì) 情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如航向、航速、舵角、轉(zhuǎn)艏角速率、主機(jī)轉(zhuǎn)速、主機(jī)功率等，并畫出航向、 舵角和船速變化的監(jiān)測(cè)曲線。5、系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器5負(fù)責(zé)對(duì)虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)1、船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu) 化控制器2和船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)4進(jìn)行協(xié)調(diào)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)各仿真子系統(tǒng)加入、仿真啟動(dòng)，仿真 運(yùn)行、仿真結(jié)束等控制。為確定仿真中各子系統(tǒng)的時(shí)序關(guān)系，本發(fā)明引入邏輯時(shí)間和邏輯時(shí)間戳機(jī)制，并 在此基礎(chǔ)上提出一種同步啟動(dòng)調(diào)度策略。邏輯時(shí)間是用于記錄和表示仿真數(shù)據(jù)產(chǎn)生的時(shí)序關(guān)系及時(shí)間間隔的邏輯量度，邏 輯時(shí)間的計(jì)時(shí)單位用仿真周期表示。在單速率仿真系統(tǒng)中，一個(gè)仿真周期的長(zhǎng)度為一個(gè)邏 輯時(shí)間單位；在多速率仿真系統(tǒng)中，為了能夠準(zhǔn)確分辨所有仿真數(shù)據(jù)產(chǎn)生的先后順序，選取 最小的仿真周期的長(zhǎng)度作為一個(gè)邏輯時(shí)間單位。在局域網(wǎng)分布式仿真中，所有的交互數(shù)據(jù) 必須與特定的時(shí)間相關(guān)聯(lián)才具有實(shí)際意義。為了有限地確定交互數(shù)據(jù)時(shí)序和測(cè)量仿真中各 種形式的時(shí)間延遲，在交互數(shù)據(jù)中引入時(shí)間信息，即時(shí)間戳。由于計(jì)算機(jī)仿真中的交互數(shù)據(jù) 時(shí)序關(guān)系可以由邏輯時(shí)間唯一確定，因此可以用邏輯時(shí)間表示時(shí)間戳，稱為邏輯時(shí)間戳。在 仿真系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，各仿真子系統(tǒng)在仿真調(diào)度策略的管理下推進(jìn)自己的邏輯時(shí)間，仿 真子系統(tǒng)在發(fā)送交互數(shù)據(jù)之前將自己的邏輯時(shí)間加入交互數(shù)據(jù)中，從而實(shí)現(xiàn)了交互數(shù)據(jù)的 邏輯時(shí)間戳機(jī)制。
本發(fā)明提出的同步啟動(dòng)調(diào)度策略的核心思想是在整套仿真系統(tǒng)中，用一臺(tái)時(shí)鐘 主機(jī)控制仿真系統(tǒng)中所有仿真主機(jī)的同步啟動(dòng)運(yùn)行，最大限度地增加各仿真主機(jī)運(yùn)算的并 行性。同步啟動(dòng)調(diào)度策略工作過程如下A1、以仿真系統(tǒng)中一臺(tái)計(jì)算機(jī)或時(shí)鐘主機(jī)的時(shí)鐘控制所有仿真主機(jī)的同步啟動(dòng)運(yùn) 行；A2、對(duì)于單速率仿真系統(tǒng)，以仿真系統(tǒng)的仿真周期作為一個(gè)邏輯時(shí)間單位；對(duì)于多 速率仿真系統(tǒng)，以仿真系統(tǒng)中各仿真主機(jī)的最小仿真周期作為一個(gè)邏輯時(shí)間單位；A3、所有仿真主機(jī)均以0為邏輯時(shí)間初值；A4、時(shí)鐘主機(jī)創(chuàng)建時(shí)鐘周期為一個(gè)邏輯時(shí)間單位的定時(shí)器，以1為邏輯時(shí)間初值， 采用網(wǎng)絡(luò)廣播傳輸方式周期性地向所有仿真主機(jī)發(fā)送帶有邏輯時(shí)間戳的同步啟動(dòng)指令，推 動(dòng)整個(gè)仿真系統(tǒng)的周期運(yùn)行；每發(fā)送一次同步啟動(dòng)指令，邏輯時(shí)間加1 ；A5、仿真主機(jī)接收到同步啟動(dòng)指令后，如果同步指令的時(shí)間戳大于自己的邏輯時(shí) 間，且為自己仿真周期比的整數(shù)倍時(shí)，仿真主機(jī)將自己的邏輯時(shí)間推進(jìn)到同步啟動(dòng)指令的 邏輯時(shí)間戳，啟動(dòng)仿真運(yùn)算，并以網(wǎng)絡(luò)多點(diǎn)傳輸方式發(fā)送仿真結(jié)果；如果上述條件不滿足， 則不作任何處理。同步啟動(dòng)調(diào)度策略具有以下主要特點(diǎn)B1、所有仿真主機(jī)在時(shí)鐘主機(jī)的統(tǒng)一控制下同步運(yùn)行。當(dāng)仿真主機(jī)以其它仿真主 機(jī)的數(shù)字量輸出為輸入時(shí)，都將引入仿真調(diào)度延遲；B2、同步啟動(dòng)指令采用網(wǎng)絡(luò)廣播傳輸方式發(fā)送，仿真主機(jī)間的交互數(shù)據(jù)可采用網(wǎng) 絡(luò)多點(diǎn)傳輸方式發(fā)送；B3、最大限度地實(shí)現(xiàn)了所有仿真主機(jī)的并行運(yùn)行，包括交互數(shù)據(jù)的并行發(fā)送和并 行接收以及仿真算法的并行運(yùn)算；B4、時(shí)鐘主機(jī)間的時(shí)鐘同步可以保證各仿真子系統(tǒng)間的時(shí)鐘同步；B5、調(diào)度策略引入的時(shí)間延遲可通過邏輯時(shí)間戳測(cè)量，并可以進(jìn)行延遲補(bǔ)償；B6、調(diào)度策略控制簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明提出的主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制方案，有利于從理論上研究船舶運(yùn)動(dòng)和 柴油機(jī)的綜合控制方法，提高船舶運(yùn)動(dòng)控制效果；有利于船舶航行安全；有利于防止柴油 機(jī)過載和提高動(dòng)力裝置可靠性和經(jīng)濟(jì)性；有利于建立航海和輪機(jī)綜合模擬器，提高模擬器 的精度和船員的訓(xùn)練水平。本發(fā)明對(duì)于實(shí)現(xiàn)船舶的綜合節(jié)能優(yōu)化控制，提高船舶系統(tǒng)的整 體經(jīng)濟(jì)性，延長(zhǎng)主動(dòng)力裝置工作壽命將具有重要意義。目前我國(guó)國(guó)產(chǎn)船用設(shè)備裝船率不足 40%，一些關(guān)鍵船用設(shè)備完全依賴進(jìn)口，成為制約我國(guó)船舶工業(yè)發(fā)展的“瓶頸”，本發(fā)明對(duì)于 開發(fā)具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、高技術(shù)含量，高附加值的國(guó)產(chǎn)關(guān)鍵船舶控制系統(tǒng)，特別是船舶 集成駕駛臺(tái)系統(tǒng)具有積極推動(dòng)作用，從而提高我國(guó)國(guó)產(chǎn)船用設(shè)備的裝船率。本發(fā)明成果既 可適應(yīng)用于集裝箱船、油船、滾裝船等海洋運(yùn)輸船舶控制系統(tǒng)，也可推廣應(yīng)用于大中型水面 艦船，將能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
權(quán)利要求
一種船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，其特征在于包括虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)(1)、船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器(2)、船舶操舵與主機(jī)控制臺(tái)(3)、船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)(4)、系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器(5)和以太網(wǎng)(6)，所述的虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)(1)、船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器(2)、船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)(4)、系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器(5)分別通過以太網(wǎng)(6)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的相互交換，船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器(2)和船舶操舵與主機(jī)控制臺(tái)(3)間直接通過模擬電平連接；所述的虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)(1)包括船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型和船舶柴油機(jī)數(shù)學(xué)模型，運(yùn)行時(shí)，通過以太網(wǎng)(6)接收船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器(2)輸出的船舶舵角和主機(jī)給油量?jī)蓚€(gè)控制量，并根據(jù)接收到的船舶舵角和主機(jī)給油量，由船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型和船舶柴油機(jī)數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到船舶船速、船舶航向、主機(jī)轉(zhuǎn)速、主機(jī)功率等參數(shù)，且通過以太網(wǎng)(6)輸出到其它系統(tǒng)；所述的船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器(2)裝載船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制算法，根據(jù)給定的船舶航向、航速車令，協(xié)調(diào)船舶操縱性、主機(jī)工作特性、船舶裝載、海洋環(huán)境擾動(dòng)、航行安全、經(jīng)濟(jì)航行等因素，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶主動(dòng)力與操縱的一體化綜合優(yōu)化控制；所述的船舶操舵與主機(jī)控制臺(tái)(3)包括操舵儀、主機(jī)車鐘、顯示儀表和指示燈；所述的船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)(4)包括視頻監(jiān)視系統(tǒng)和船舶狀態(tài)參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對(duì)機(jī)艙和駕駛室監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的視頻圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)播放及實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，并采用IP組播技術(shù)向其他系統(tǒng)傳輸實(shí)時(shí)圖像；所述的系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器(5)負(fù)責(zé)對(duì)虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)(1)、船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器(2)、船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)(4)進(jìn)行協(xié)調(diào)調(diào)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，其 特征在于所述的虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)(1)的軟件采用Visual C++和Vega混合編程實(shí) 現(xiàn)，所述的虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)(1)、船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)(4)和系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器(5)的軟 件采用Visual C++語言開發(fā)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，其特 征在于所述的系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器(5)利用邏輯時(shí)間和邏輯時(shí)間戳機(jī)制，采用一種同步啟動(dòng)調(diào) 度策略對(duì)虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)(1)、船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器(2)和船舶監(jiān)控仿 真系統(tǒng)(4)進(jìn)行協(xié)調(diào)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)各仿真子系統(tǒng)加入、仿真啟動(dòng)，仿真運(yùn)行、仿真結(jié)束等控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，其 特征在于所述的船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器(2)裝載有船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu) 化控制算法軟件，并執(zhí)行以下程序A、當(dāng)船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)(4)設(shè)置船舶控制方式為自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，船舶主動(dòng)力與操縱綜合 優(yōu)化控制器(2)接收船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)(4)發(fā)送的期望航向、航速以及控制參數(shù)，利用其中 裝載的綜合優(yōu)化控制算法得到船舶舵角和給油量，并對(duì)虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)(1)進(jìn)行閉 環(huán)控制；B、當(dāng)船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)(4)設(shè)置船舶控制方式為隨動(dòng)狀態(tài)時(shí)，船舶操舵與主機(jī)控制臺(tái) (3)通過操舵儀的操縱舵輪直接輸出舵角信號(hào)，通過車鐘上的操縱手柄直接輸出給油量信 號(hào)，并作為船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器(2)的控制量輸出，對(duì)虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系 統(tǒng)(1)進(jìn)行開環(huán)控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制的硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，包括虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)、船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器、船舶操舵與主機(jī)控制臺(tái)、船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)、系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器和以太網(wǎng)，所述的虛擬船舶運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)、船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器、船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)、系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器分別通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的相互交換，船舶主動(dòng)力與操縱綜合優(yōu)化控制器和船舶操舵與主機(jī)控制臺(tái)間直接通過模擬電平連接；由于本發(fā)明用戶可根據(jù)需要在船舶監(jiān)控仿真系統(tǒng)中提供的用戶界面上設(shè)置不同船舶參數(shù)如船舶長(zhǎng)度、吃水、方形系數(shù)及海況參數(shù)如風(fēng)浪強(qiáng)度、方向等，因而可以模擬不同類型船舶在各種海況下的控制仿真效果。
文檔編號(hào)G05B23/02GK101819441SQ20101014912
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2010年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月16日
發(fā)明者楊楊, 沈智鵬, 郭晨 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)