船舶運動仿真平臺的研究與設計.pdf

1、由于船舶運動的數(shù)學模型非常復雜，對船舶運動的安全性和高效性又有著重大的影響，因此，設計船舶或控制器的研究人員不得不將大量的時間花在船舶運動數(shù)學模型的研究上。本論文借助計算機仿真技術，開發(fā)了船舶運動仿真平臺，旨在協(xié)助研究人員了解船舶的運動特性，并提供檢驗控制器性能的接口，從而縮短船舶產(chǎn)品的開發(fā)周期。
　　 本文設計的仿真平臺可看作船舶運動的數(shù)值水池，能夠為船舶設計、航海駕駛訓練以及控制器的性能檢驗提供高效、直觀的實驗環(huán)境。運用La

2、bVIEW軟件以系統(tǒng)工程方法論為指導對該平臺進行設計和實現(xiàn)。仿真平臺軟件設計主要包括：模型模塊設計、顯示模塊設計和控制模塊設計。具體內(nèi)容如下：
　　 首先，建立船舶運動仿真平臺的基礎--數(shù)學模型。本文以MMG模型為基礎，通過對船舶運動的運動學方程和動力學方程進行分析，并考慮流體動力和環(huán)境擾動因素的影響，建立了船舶平面運動的三自由度數(shù)學模型。研究人員只需輸入船舶尺度參數(shù)和環(huán)境參數(shù)，即可得到船舶運動數(shù)學模型。
　　 其次，針

3、對常見的以純波形形式給出的仿真結(jié)果，難以幫助用戶直觀地從全局把握船舶運動姿態(tài)的缺點，本文采用3ds Max建立船舶模型并導出.wrl文件，通過LabVIEW的3D Picture Control Toolkit調(diào)用.wrl文件，搭建運動可視化模塊，以變量的狀態(tài)值驅(qū)動模型運動，實現(xiàn)了仿真過程和結(jié)果的科學計算可視化，可以幫助用戶直觀地了解船舶的運動過程。
　　 再次，設計了控制模塊接口。船舶運動控制是一個重要的研究領域，其目的是提高

4、船舶運動的自動化、智能化水平，從而保證航行的安全性、經(jīng)濟性以及舒適性。平臺提供了檢驗控制器性能的仿真環(huán)境，控制算法由研究人員編寫程序代碼實現(xiàn)。通過可視化模塊，用戶可以了解到船舶的控制效果和控制器的性能。
　　 最后，本文對船舶運動控制進行了研究。目前船舶運動系統(tǒng)主要采用PID調(diào)節(jié)，其性能取決于整定的參數(shù)，由于船舶運動的復雜性，PID控制不僅費時費力，性能指標也不能令人滿意。本文嘗試將模糊控制技術與經(jīng)典PID控制結(jié)合，結(jié)合專家經(jīng)驗