船舶運動控制及其虛擬現(xiàn)實仿真的研究.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟全球化和我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,中國已經(jīng)成為在世界上具有重要影響的航運大國。船舶航行的安全和經(jīng)濟性越來越受到重視,進行船舶運動控制的研究,對于實現(xiàn)船舶運行“安全、高效、節(jié)能和環(huán)?！钡哪繕?具有重要意義。
　　 本文以大型集裝箱船為對象,建立了船舶運動數(shù)學(xué)模型,并對其航向控制策略進行仿真計算研究,最后完成船舶運動控制虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)。本文的主要研究工作如下:
　　 (一)基于MMG建模機理,分別考慮作用于船體、螺旋

2、槳、舵上的流體動力和力矩及它們之間的相互干涉影響,并考慮海風(fēng)、海流等外界干擾力和力矩的影響,建立了船舶的三自由度平面運動數(shù)學(xué)模型。以中海集團的9572TEU集裝箱船為例,對船舶進行了旋回計算,對比實船操縱試驗數(shù)據(jù),驗證了所建立的船舶運動數(shù)學(xué)模型仿真結(jié)果的有效性。
　　 (二)作者研究了船舶自動舵的控制算法,對于PID控制器,引入繼電反饋法對其進行參數(shù)整定。在此基礎(chǔ)上,將RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID算法結(jié)合,通過辨識被控對象在線調(diào)整PI

3、D參數(shù)。在不同航速和海況下,對兩種控制器進行仿真驗證,基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制器相比傳統(tǒng)PID控制器,快速性更好,且舵角輸出更小,更平緩,有利于船舶節(jié)能和減小舵機磨損。
　　 (三)實現(xiàn)了應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對船舶運動控制進行動態(tài)仿真,在虛擬海洋環(huán)境場景中,船舶三維實體模型可實時顯示在進行航向控制時的姿態(tài)的變化,且可在數(shù)字儀表中觀察船舶在轉(zhuǎn)向過程中船速、舵角和航向的變化,更加直觀地觀察到船舶轉(zhuǎn)向時的相關(guān)參數(shù)的變化過程及相互影響