船舶運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、由于船舶運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型非常復(fù)雜，對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)的安全性和高效性又有著重大的影響，因此，設(shè)計(jì)船舶或控制器的研究人員不得不將大量的時(shí)間花在船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的研究上。本論文借助計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，開(kāi)發(fā)了船舶運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)，旨在協(xié)助研究人員了解船舶的運(yùn)動(dòng)特性，并提供檢驗(yàn)控制器性能的接口，從而縮短船舶產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。
　　 本文設(shè)計(jì)的仿真平臺(tái)可看作船舶運(yùn)動(dòng)的數(shù)值水池，能夠?yàn)榇霸O(shè)計(jì)、航海駕駛訓(xùn)練以及控制器的性能檢驗(yàn)提供高效、直觀(guān)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。運(yùn)用La

2、bVIEW軟件以系統(tǒng)工程方法論為指導(dǎo)對(duì)該平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。仿真平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)主要包括：模型模塊設(shè)計(jì)、顯示模塊設(shè)計(jì)和控制模塊設(shè)計(jì)。具體內(nèi)容如下：
　　 首先，建立船舶運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)的基礎(chǔ)--數(shù)學(xué)模型。本文以MMG模型為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行分析，并考慮流體動(dòng)力和環(huán)境擾動(dòng)因素的影響，建立了船舶平面運(yùn)動(dòng)的三自由度數(shù)學(xué)模型。研究人員只需輸入船舶尺度參數(shù)和環(huán)境參數(shù)，即可得到船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型。
　　 其次，針

3、對(duì)常見(jiàn)的以純波形形式給出的仿真結(jié)果，難以幫助用戶(hù)直觀(guān)地從全局把握船舶運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的缺點(diǎn)，本文采用3ds Max建立船舶模型并導(dǎo)出.wrl文件，通過(guò)LabVIEW的3D Picture Control Toolkit調(diào)用.wrl文件，搭建運(yùn)動(dòng)可視化模塊，以變量的狀態(tài)值驅(qū)動(dòng)模型運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了仿真過(guò)程和結(jié)果的科學(xué)計(jì)算可視化，可以幫助用戶(hù)直觀(guān)地了解船舶的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。
　　 再次，設(shè)計(jì)了控制模塊接口。船舶運(yùn)動(dòng)控制是一個(gè)重要的研究領(lǐng)域，其目的是提高

4、船舶運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)化、智能化水平，從而保證航行的安全性、經(jīng)濟(jì)性以及舒適性。平臺(tái)提供了檢驗(yàn)控制器性能的仿真環(huán)境，控制算法由研究人員編寫(xiě)程序代碼實(shí)現(xiàn)。通過(guò)可視化模塊，用戶(hù)可以了解到船舶的控制效果和控制器的性能。
　　 最后，本文對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)控制進(jìn)行了研究。目前船舶運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)主要采用PID調(diào)節(jié)，其性能取決于整定的參數(shù)，由于船舶運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，PID控制不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，性能指標(biāo)也不能令人滿(mǎn)意。本文嘗試將模糊控制技術(shù)與經(jīng)典PID控制結(jié)合，結(jié)合專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)