虚拟船舶机舱设备的运行操纵仿真研究

发布时间：2017-11-03 03:26

  本文关键词：虚拟船舶机舱设备的运行操纵仿真研究

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【摘要】：利用计算机图形学技术将虚拟现实与船舶紧密结合,利用虚拟外设数据手套和位置跟踪器实现虚拟手对船舶机舱设备的操纵控制,应用到船员技能培训和学校教学中,能够为学员提供一个生动逼真的学习环境,在减少人力、物力和财力,规避风险的前提下,学员可以反复练习直到掌握操作技能。本文以OpenSceneGraph、Visual Studio 2008、Matlab/Simulink、SQL Server 2000以及LabVIEW软件为开发平台,船舶机舱中主机冷却水系统为研究对象,完成了主机冷却水仿真系统、船舶机舱中虚拟手介入式操作仿真系统以及温度监控报警系统的建立,并实现了不同软件平台之间的数据通信。针对镇江船厂生产的全回转拖船,依据系统分解思想结合传热学的理论知识,建立了主机冷却水系统的热力数学方程,利用Simulink模块搭建其仿真模型,得到用于反映各设备运行状态的各温度参数,以UPD通信协议的方式将仿真结果存储到数据库中,将其作为温度监控报警系统的数据源提供数据支持。同时在系统中加入了PID控制器,根据临界比例度法整定PID各参数,实现了主机温度控制系统的无偏差调节。同时,根据人体仿生学,分析人手的解剖结构和运动特性,建立了逼真的虚拟手模型,分别采用关节角映射和关键点映射的方法实现了虚拟手各手指关节以及手掌的数据采集和映射;最后采用相交矢量法实现了虚拟手对碰撞物体的感知,以高亮显示的方式告知操作者。本文的创新点在于,针对本文中虚拟手的特定操作对象,文中提出了映射投影圆的方法约束了虚拟手的运动,将虚拟手的运动限制在操作者要求的方向上,使虚拟手操作技术非常接近日常生活中的动作,效果逼真。并且将由虚拟手操作得到的主机冷却系统运行控制指令以ADO通信方式存储到数据库中,将其作为主机冷却水仿真系统的数据源。本系统具有较强的实际使用价值,在不断扩展完善场景模型和虚拟手操作功能的基础上,可以将该系统延伸运用到汽车、飞机、海工等模拟器的开发领域,为培养操作人员提供一条较为便捷的道路。
【关键词】：主机冷却水系统 PID控制器 虚拟手技术 介入式操作 OSG
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U664.814
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-19
• 1.1 课题选题背景及意义13-14
• 1.2 虚拟手技术的国内外研究动态14-16
• 1.2.1 虚拟手的建模技术14
• 1.2.2 手势动作采集技术14-15
• 1.2.3 位置跟踪技术15-16
• 1.3 船舶冷却水系统建模的国内外研究动态16-17
• 1.4 本文的主要研究内容17-19
• 第2章 系统的总体设计19-27
• 2.1 系统框架及功能实现原理19-21
• 2.2 系统硬件设备21-25
• 2.2.1 数据手套21-22
• 2.2.2 位置跟踪器22-25
• 2.3 本章小结25-27
• 第3章 船舶主机冷却水系统数学模型的建立27-43
• 3.1 主机淡水冷却系统的建模27-34
• 3.1.1 主机缸套的热力数学模型28-29
• 3.1.2 温度调节三通阀的数学模型29-30
• 3.1.3 淡水冷却器的数学模型30-34
• 3.2 舷外水冷却系统的建模34-35
• 3.2.1 空气冷却器的数学模型34-35
• 3.2.2 滑油冷却器的数学模型35
• 3.3 全回转拖轮主机冷却系统Matlab/Simulink建模35-39
• 3.4 出主机淡水温度的PID控制39-42
• 3.4.1 PID控制原理39-40
• 3.4.2 出主机淡水温度的PID控制40-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 虚拟手在虚拟船舶机舱中的介入式操作43-65
• 4.1 虚拟手的建模44-47
• 4.1.1 人手解剖结构和运动特性分析44-46
• 4.1.2 虚拟手模型的建立46-47
• 4.2 系统开发平台的搭建47-52
• 4.2.1 模型加载48-49
• 4.2.2 键盘响应事件49-50
• 4.2.3 视点跟随的实现50-52
• 4.3 人手到虚拟手的运动映射52-58
• 4.3.1 手势数据采集及映射52-56
• 4.3.2 位置数据采集及映射56-58
• 4.4 介入式操作58-64
• 4.4.1 虚拟手与虚拟物体间的感知58-60
• 4.4.2 感知响应60-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第5章 船舶主机冷却水系统的温度监控65-73
• 5.1 Visual C++与SQL Server 2000数据库的通信65-68
• 5.2 Matlab/Simulink与SQL Server 2000数据库的通信68-69
• 5.3 主机冷却水系统的温度监控69-71
• 5.3.1 LabVIEW SQL Toolkit访问数据库69-70
• 5.3.2 温度监控报警系统的建立70-71
• 5.4 本章小结71-73
• 第6章 总结与展望73-75
• 6.1 总结73-74
• 6.2 展望74-75
• 参考文献75-79
• 附录79-81
• 攻读硕士学位期间发表的论文81-83
• 致谢83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 李康康;周瑞平;戴益民;;主机缸套水冷却系统的Simulink建模与仿真[J];广东造船;2013年03期

2 陈宁;聂垒鑫;刘炜;龚Z，

本文编号：1134459