船舶操舵仪仿真系统设计与实现

发布时间：2017-05-13 15:19

  本文关键词：船舶操舵仪仿真系统设计与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 本课题以远洋船舶的典型航向控制器为研究对象,研制了以西门子S7-200PLC为控制核心,结合PC机进行联合控制、监控与记录的新一代船舶航向控制仿真器。该仿真器满足IMO和中国海事局的各项要求,满足各远洋船舶公司未来船舶驾驶急需人才的培养与知识更新要求。 本文首先介绍了船舶航向控制器组成及其特点,根据其工作过程特点和操作要求,分析了船舶运动和舵机系统等典型控制系统的动态特性,全面建立了船舶运动数学模型、舵机系统模型,并根据操作员的选择可相应修改船舶运动模型的参数,模拟船舶在不同船型、不同状态下的不同的操作性能。 在已建立的动态数学模型基础上,作者使用Matlab/Simulink实时仿真工具,建立了相应的仿真模型,并将各个子模块连接起来构成整个船舶航向控制器仿真模型,通过设置合理的仿真参数和合适的算法,进行了实时计算机仿真试验。根据仿真实验结果,进一步设计了一套基于“实物+硬件模拟系统+软件模拟系统”混合仿真方式的船舶航向控制器实时仿真系统,提出了整个仿真系统的设计思想和方法,叙述了其结构组成和功能。PLC控制程序用STEP 7 Micro/WIN V4.0编程软件编写,仿真软件用C#.NET 2003实现。仿真系统利用SQL SERVER2000数据库管理系统记录操舵人员的操作和船舶航向轨迹。PLC与PC机之间由S7-200 PCAccess通过接口电缆进行数据传递。 仿真系统提供了多元化操舵培训方式,以提高训练的便利性。PC机既可以作为单独的操舵训练系统,通过软界面进行操舵训练,又可以作为教练员工作站,对学员硬件操作结果实现远程监视,对操舵仪模拟器硬件面板参数根据需要进行修改,也可在PC机实现模拟器硬件航向控制。必要时基于PLC的操舵仪模拟器可在完全脱离PC机的情况下单独运行,进行操舵训练。
【关键词】：船舶航向控制器 舵机 建模 仿真器
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：U666.153
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 选题背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 仿真器类型10-11
• 1.2.2 发展现状11-12
• 1.3 研究对象12
• 1.4 研究目标与任务12-14
• 1.4.1 数学模型的建立及仿真验证13
• 1.4.2 软件仿真系统实现13-14
• 1.4.3 基于PLC的硬件操舵仪仿真器的实现14
• 1.4.4 教练员站PC与航向控制仿真器系统PLC间通讯的实现14
• 1.5 本文的内容安排14-15
• 第2章 船舶航向控制器功能及仿真系统结构15-27
• 2.1 船舶航向控制器概述15-23
• 2.1.1 船舶航向控制器简介15-17
• 2.1.2 实船操舵仪概述17-21
• 2.1.3 船舶航向控制器功能框图21-23
• 2.2 操舵仪仿真系统结构23-25
• 2.3 小结25-27
• 第3章 操舵仪仿真系统的数学模型27-49
• 3.1 建模与计算工具27-28
• 3.2 船舶运动数学模型28-35
• 3.2.1 基本模型29-35
• 3.2.2 模型变换35
• 3.3 操舵伺服系统——液压舵机数学模型35-39
• 3.3.1 液压缸中的撞杆运动平衡方程:37
• 3.3.2 液压系统流量平衡方程:37
• 3.3.3 油泵的流量37
• 3.3.4 舵角37-38
• 3.3.5 舵轴的力矩平衡38
• 3.3.6 伺服油缸的模型38-39
• 3.4 自动舵39-40
• 3.5 船桨系统40-42
• 3.6 仿真计算42-47
• 3.6.1 计算方法42
• 3.6.2 船舶运动模型的仿真计算42-44
• 3.6.3 操舵伺服系统的仿真计算44-47
• 3.7 小结47-49
• 第4章 操舵仪仿真系统的实现49-65
• 4.1 软件开发环境49-52
• 4.1.1 编程语言49-50
• 4.1.2 数据库50-51
• 4.1.3 面向对象的设计方法51-52
• 4.2 仿真系统软件部分52-60
• 4.2.1 系统功能52-53
• 4.2.2 人机界面53-58
• 4.2.3 模型求解类58
• 4.2.4 数据库及查询界面58-60
• 4.3 仿真硬件60-62
• 4.3.1 盘台硬件60-61
• 4.3.2 PLC的选型及程序设计61-62
• 4.4 PC与PLC间通讯的实现62
• 4.5 系统调试62-63
• 4.6 小结63-65
• 结论65-67
• 参考文献67-71
• 攻读学位期间公开发表的论文及成果71-73
• 致谢73-75
• 研究生履历75

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 张仁丹;船舶航迹控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 高兴斌;基于C#的《船舶电站操作》自动评估系统的研制[D];大连海事大学;2010年

3 叶晓华;船用辅锅炉仿真与智能评估系统[D];大连海事大学;2011年

4 王玉亮;船舶舵机物理建模及控制仿真研究[D];大连海事大学;2012年

5 韩和泰;船舶自动舵测试仿真系统的研究[D];大连海事大学;2012年

6 隋晓丽;水面无人艇航迹控制算法研究[D];大连海事大学;2013年

7 张欣;船舶自动操舵仪的实现及混合仿真测试[D];大连海事大学;2013年

  本文关键词：船舶操舵仪仿真系统设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：362908