动力定位控制系统硬件在环仿真器设计研究
发布时间：2021-11-19 07:17
随着海洋资源勘探、开发等海上作业任务不断向着深海远海扩展,受水深的限制,传统的锚泊定位系统已经不能满足定位要求,因此,越来越多的船舶需要加装动力定位系统。近年来,随着动力定位技术的逐渐发展,船舶动力定位控制系统的软硬件也越来越复杂,使用硬件在环技术对船舶动力定位控制器的功能、性能与故障处理能力进行系统地测试就愈加重要。硬件在环仿真器是硬件在环测试中不可或缺的一部分,因此,动力定位控制系统硬件在环仿真器设计研究具有重要的现实意义。本文的主要研究内容包括动力定位控制系统硬件在环仿真器设计研究及船舶动力定位控制器设计。首先,建立了船舶水面三自由度运动数学模型,分析了海风、海浪、海流的特性,计算了海洋环境作用在船舶上的扰动力及力矩,基于此,用MATLAB/Simulink搭建了硬件在环仿真器设计所需要的船舶运动模块和海洋环境模块,同时,也为船舶动力定位控制器验证提供了仿真环境。然后,使用个人计算机作为宿主机、工控机作为目标机,搭建了通过以太网通讯的"宿主机-目标机"双机互联模式的硬件在环仿真器,使用Microsoft Visual Studio制作了简洁、友好的用户交互界面,方便硬件在环仿真器...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２动力定位控制系统硬件在环测试原理图??
２．１船舶运动坐标系??船舶在海洋中航行时会在六个自由度上产生运动，分别是纵荡、横荡、垂荡、??横摇、纵摇和艏摇，如图２．１所示［１９］。??邛纵荡?、乂??垂荡ｗ??Ｚｂ??图２．１船舶的六自由度运动??Ｆｉｇ．?２．１?Ｓｉｘ－ｄｅｇｒｅｅ－ｏｆ－ｆｒｅｅｄｏｍ?ｍｏｖｅｍｅｎｔ?ｏｆ?ｓｈｉｐｓ??为了对船舶在地球上的运动进行分析，引入两个地球中心参考坐标系：地球??中心固定坐标系ｏｘｅｙｅｚｅ?（Ｅａｒｔｈ－ｃｅｎｔｅｒｅｄ?ｅａｒｔｈ－ｆｉｘｅｄ?ｆｒａｍｅ，缩写为?ＥＣＥＦ?坐标系，又??称ｅ－坐标系、大地坐标系）和地球中心惯性坐标系ｏｘ＾Ｚｊ?（Ｅａｒｔｈ－ｃｅｎｔｅｒｅｄ?ｉｎｅｒｔｉａｌ??ｆｒａｍｅ，缩写为ＥＣＩ坐标系，又称坐标系），如图２．２所示＿。ＥＣＩ坐标系是用于??地面或海面航行体在航行或导航过程中的惯性坐标系，是一个可以应用牛顿运动??定律的非加速度参考坐标系，其原点固定在地球中心，坐标轴指向如图２．２中所示。??ＥＣＥＦ坐标系的原点同样在地球中心，且其相对ＥＣＩ坐标系Ｗｗｅ?＝?７．２９２１ｘ??１〇＿ｓ？－ｃｉｄ／ｓ（地球自转平均角速度）的角速度旋转，旋转方向与地球自转方向相同。??对于航行速度相对较低的船舶
力定位是一个船舶平面运动控制问题，仅对船舶水面三自由度的运动进行研究，??包括船舶纵荡运动、横荡运动和艏摇运动，而忽略船舶的横摇运动、纵摇运动和??垂荡运动。简化后的船舶运动可称为船舶平面运动，建立如图２．４中的北东坐标系??（Ｎｏｒｔｈ－Ｅａｓｔ?ｆｒａｍｅ，缩写为ＮＥ坐标系）来描述船舶平面运动［２１］。??：武??７?ｖ＼??〇Ｊ?；?＾??图２．４北东坐标系０？ｘｎｙｎ??Ｆｉｇ．?２．４?Ｎｏｒｔｈ－Ｅａｓｔ?ｆｒａｍｅ?〇ｎｘｎｙｎ??图中，ｘ、ｙ分别为船舶在北东坐标系（＾心知下的北向、东向坐标值，４为船舶艏向??与正北方向的夹角；ｗ为船舶在随船附体坐标系％下％方向的分速度，１；为??船舶在随船附体坐标系ｏｂｘｂｙｂ下％九方向的分速度，ｒ为船舶艏向变化的角速度。??－８－??二二??二一???
【参考文献】：
期刊论文
[1]“一带一路”背景下中国油气战略机遇与应对建议[J]. 吴林强,李玉龙,韩九曦,王秋舒,何学洲,田隆,洪唯宇. 中国能源. 2016(07)
[2]动力定位控制系统HIL仿真试验平台设计与实现[J]. 褚德英,秦一飞,张葆华. 船舶工程. 2016(S1)
[3]世界油气资源现状与未来发展方向[J]. 栾锡武. 中国地质调查. 2016(02)
[4]基于xPC Target的硬件在环平台的设计[J]. 米一. 机电一体化. 2015(02)
[5]船舶动力定位系统非线性观测器设计[J]. 杜佳璐,汪思源,张显库,李广强. 船舶工程. 2012(03)
[6]船舶运动控制硬件在环仿真系统的研究[J]. 沈智鹏,杨杨,郭晨,范殿忠. 系统仿真学报. 2010(12)
[7]基于Matlab的不规则海浪三维仿真[J]. 李晖,郭晨,李晓方. 系统仿真学报. 2003(07)
[8]ECU硬件在环仿真系统的构成技术[J]. 朱辉,王丽清,程昌圻. 车用发动机. 1998(05)
博士论文
[1]动力定位船舶非线性自适应控制研究[D]. 杨杨.大连海事大学 2013
[2]柴油机电控单元硬件在环仿真系统的设计及其相关研究[D]. 李彬轩.浙江大学 2001
硕士论文
[1]新一代硬件在环仿真平台的研究和开发[D]. 位正.清华大学 2009
[2]基于TCP/IP的船舶运动控制硬件在环仿真系统的设计与实现[D]. 宋俊材.大连海事大学 2008
本文编号：3504551
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２动力定位控制系统硬件在环测试原理图??
２．１船舶运动坐标系??船舶在海洋中航行时会在六个自由度上产生运动，分别是纵荡、横荡、垂荡、??横摇、纵摇和艏摇，如图２．１所示［１９］。??邛纵荡?、乂??垂荡ｗ??Ｚｂ??图２．１船舶的六自由度运动??Ｆｉｇ．?２．１?Ｓｉｘ－ｄｅｇｒｅｅ－ｏｆ－ｆｒｅｅｄｏｍ?ｍｏｖｅｍｅｎｔ?ｏｆ?ｓｈｉｐｓ??为了对船舶在地球上的运动进行分析，引入两个地球中心参考坐标系：地球??中心固定坐标系ｏｘｅｙｅｚｅ?（Ｅａｒｔｈ－ｃｅｎｔｅｒｅｄ?ｅａｒｔｈ－ｆｉｘｅｄ?ｆｒａｍｅ，缩写为?ＥＣＥＦ?坐标系，又??称ｅ－坐标系、大地坐标系）和地球中心惯性坐标系ｏｘ＾Ｚｊ?（Ｅａｒｔｈ－ｃｅｎｔｅｒｅｄ?ｉｎｅｒｔｉａｌ??ｆｒａｍｅ，缩写为ＥＣＩ坐标系，又称坐标系），如图２．２所示＿。ＥＣＩ坐标系是用于??地面或海面航行体在航行或导航过程中的惯性坐标系，是一个可以应用牛顿运动??定律的非加速度参考坐标系，其原点固定在地球中心，坐标轴指向如图２．２中所示。??ＥＣＥＦ坐标系的原点同样在地球中心，且其相对ＥＣＩ坐标系Ｗｗｅ?＝?７．２９２１ｘ??１〇＿ｓ？－ｃｉｄ／ｓ（地球自转平均角速度）的角速度旋转，旋转方向与地球自转方向相同。??对于航行速度相对较低的船舶
力定位是一个船舶平面运动控制问题，仅对船舶水面三自由度的运动进行研究，??包括船舶纵荡运动、横荡运动和艏摇运动，而忽略船舶的横摇运动、纵摇运动和??垂荡运动。简化后的船舶运动可称为船舶平面运动，建立如图２．４中的北东坐标系??（Ｎｏｒｔｈ－Ｅａｓｔ?ｆｒａｍｅ，缩写为ＮＥ坐标系）来描述船舶平面运动［２１］。??：武??７?ｖ＼??〇Ｊ?；?＾??图２．４北东坐标系０？ｘｎｙｎ??Ｆｉｇ．?２．４?Ｎｏｒｔｈ－Ｅａｓｔ?ｆｒａｍｅ?〇ｎｘｎｙｎ??图中，ｘ、ｙ分别为船舶在北东坐标系（＾心知下的北向、东向坐标值，４为船舶艏向??与正北方向的夹角；ｗ为船舶在随船附体坐标系％下％方向的分速度，１；为??船舶在随船附体坐标系ｏｂｘｂｙｂ下％九方向的分速度，ｒ为船舶艏向变化的角速度。??－８－??二二??二一???
【参考文献】：
期刊论文
[1]“一带一路”背景下中国油气战略机遇与应对建议[J]. 吴林强,李玉龙,韩九曦,王秋舒,何学洲,田隆,洪唯宇. 中国能源. 2016(07)
[2]动力定位控制系统HIL仿真试验平台设计与实现[J]. 褚德英,秦一飞,张葆华. 船舶工程. 2016(S1)
[3]世界油气资源现状与未来发展方向[J]. 栾锡武. 中国地质调查. 2016(02)
[4]基于xPC Target的硬件在环平台的设计[J]. 米一. 机电一体化. 2015(02)
[5]船舶动力定位系统非线性观测器设计[J]. 杜佳璐,汪思源,张显库,李广强. 船舶工程. 2012(03)
[6]船舶运动控制硬件在环仿真系统的研究[J]. 沈智鹏,杨杨,郭晨,范殿忠. 系统仿真学报. 2010(12)
[7]基于Matlab的不规则海浪三维仿真[J]. 李晖,郭晨,李晓方. 系统仿真学报. 2003(07)
[8]ECU硬件在环仿真系统的构成技术[J]. 朱辉,王丽清,程昌圻. 车用发动机. 1998(05)
博士论文
[1]动力定位船舶非线性自适应控制研究[D]. 杨杨.大连海事大学 2013
[2]柴油机电控单元硬件在环仿真系统的设计及其相关研究[D]. 李彬轩.浙江大学 2001
硕士论文
[1]新一代硬件在环仿真平台的研究和开发[D]. 位正.清华大学 2009
[2]基于TCP/IP的船舶运动控制硬件在环仿真系统的设计与实现[D]. 宋俊材.大连海事大学 2008
本文编号：3504551
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