一种船舶动力定位的运行仿真平台的制作方法
【专利摘要】一种船舶动力定位的运行仿真平台。本发明针对船舶动力定位系统仿真平台这一具体的问题，基于系统建模与仿真的校核、验证和验收技术，研制一套船舶动力定位系统仿真平台，加速先进控制理论在船舶动力定位系统控制领域中的应用。
【专利说明】一种船舶动力定位的运行仿真平台
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种船舶动力定位的运行仿真平台【背景技术】[0002]利用传统锚泊定位的时候，船舶本身自有的锚泊设备为其定位提供了方便，但是锚泊定位精度不准确，机动性能差，而且船舶作业的水深受到了严格的限制，在深水进行作业时使用锚泊方式定位将变得不方便而且不经济。动力定位很好的解决了这一问题，动力定位的精度很高，而且机动性好，定位也方便。经过不断的发展，现在的动力定位系统已经十分复杂可靠，许多海上作业的船舶也应用了动力定位系统，在进行潜水作业、潜水跟踪、海上施工、海上探测时都需要用到动力定位系统，也就是按预定目的、预定位置，对船舶进行定位控制。
【发明内容】
本发明针对船舶动力定位系统仿真平台这一具体的问题，基于系统建模与仿真的校核、验证和验收技术，研制一套船舶动力定位系统仿真平台，加速先进控制理论在船舶动力定位系统控制领域中的应用。
[0003]本发明一种船舶动力定位系统仿真平台主要具有以下功能:
(I)船舶动力定位系统模型的建立与测试。本仿真系统提供船舶动力定位系统的数学模型，使用者还可根据需要自行输入不同规格的柴油发电机组的数据。本系统可进行船舶回转运动仿真、Z型实验仿真，与实船实验数据比较，便可测试模型的有效性。
[0004](2)控制算法的加载与测试。本系统提供PID控制、自适应控制、模糊控制等常用控制模块；使用者只需将自己设计的控制算法按规定的格式编译成动态连接库，就可加入到本平台中。根据控制算法的不同，使用者可进行控制仿真测试；平台还提供一个“事件编辑器”，可方便用户进行更复杂的事件仿真测试。在测试过程中，用户可以观察航向、舵角、船速等参数的动态数据和显示曲线，据此可对控制算法进行测试、优化和改进。
[0005](3)仿真数据的保存。在测试过程中，可将船舶运动状态的重要动态数据保存下来，便于以后的进一步研究应用。
[0006]本发明的技术方案如下:
船舶动力定位系统的基本原理图如图1所示。
[0007]船舶动力定位系统由船舶动力定位系统模型的设置与测试模块1，控制算法的加载与测试模块2、船舶动力定位系统的数学模型模块3，船舶动力定位系统曲线显示界面4四部分组成。
[0008]船舶动力定位系统模型的设置与测试模块I和控制算法的加载与测试模块2与船舶动力定位系统的数学模型模块3进行双向数据交换。船舶动力定位系统的数学模型模块3单向传输数据至船舶动力定位系统曲线显示界面4中；同时船舶动力定位系统曲线显示界面4曲线显示界面4都可单向传输数据至I船舶动力定位系统模型的设置与测试模块I和控制算法的加载与测试模块2。上述软件模块I至4用VC++开发。
[0009]本发明一种船舶动力定位系统的工作原理是: 船舶模型的测试:首先根据测试目的和要求不同由船舶模型的设置与测试模块I选择合适的船型、计算控制算法的测试:当建立了有效的船舶动力定位系统数学模型模块3后，就可进行控制算法的测试。首先由控制算法的加载与测试模块2加载需要测试的控制算法，然后与船舶动力定位系统的数学模型模块3构成闭环控制系统，通过“事件编辑器”对船舶航行环境、船舶转向点等条件进行设置，接着进行船舶运动控制仿真，同时将仿真结果输出到船舶动力定位系统曲线显示界面4，最后分析船舶航线、航迹和动态数据等仿真结果，并判断所加载控制算法的控制特性。
[0010]出船舶参数并传输到船舶运动数学模型模块3中，接着船舶动力定位系统模块3进行船舶回转实验仿真，同时仿真结果输出到船舶动力定位系统显示界面4，将仿真实验结果与实船实验数据进行比较，当回转圈航迹误差小于在一个船长时，则认为所建立的船舶运动数学模型是有效的，否则无效。
[0011]本发明的优点和有益效果是:
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明一种船舶动力定位系统的组成结构框图。
[0013]图中:1、船舶模型的设置与测试模块，2、控制算法的加载与测试模块，3、船舶动力定位系统的数学模型模块，4、船舶动力定位系统曲线显示界面。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本发明做进一步详细地描述:
船舶动力定位系统由船舶动力定位系统模型的设置与测试模块1，控制算法的加载与测试模块2、船舶动力定位系统的数学模型模块3，船舶动力定位系统曲线显示界面4四部分组成。
[0015]船舶动力定位系统的数学模型模块3设计实现了三自由度MMG模型和四自由度的平野模型。船舶动力定位系统曲线显示界面4可以显示航向、航迹、命令舵角、实际舵角、主机转速、航速、，以及等参数的实时数据和曲线。
[0016]一、船舶动力定位系统模型的设置与测试模块I的设计与实现
1.模型重要参数的输入
仿真系统通过“打开”和“保存”按钮实现数据的存取；模型的重要参数包括船舶自身参数以及海洋参数；在此处的参数通过单击“参数确认正确”按钮就可以导入仿真系统中。
[0017]2.模型验证
由于模型的不同，所以验证时分为Norrbin模型、三自由度MMG模型二种情况进行。但是，由于Norrbin响应型模型本身是一个定常模型，而回转实验中，主机通常都是定油门运行，整个回转运行中航速都会有较大变化，已经超出模型摄动的范围，所以基于Norrbin模型进行的回转实验分为两种，一种是定参数Norrbin模型回转,一种是变参数Norrbin模型回转，在变参数Norrbin模型中,通过时间分段改变Norrbin模型的参数来近似船舶回转中的降速。
[0018]二、控制算法的加载与测试模块2的设计与实现
如何方便用户快速加载新的算法，是本发明仿真系统的一个重要内容。如果系统的控制算法仍然需要用户自己通过加代码的方式把算法写入程序中，这显然是无法令人满意的，本系统采用通过动态链接库(DLL)的方式来加载算法。动态链接库的名称可以根据编写算法的内容任取，但动态链接库中必须包含一个名为ShipState的结构体，同时在命名为ControlleK )的函数中编写控制算法。算法通过定义形如ShipState *m_PShipState格式的指针m_PShipState，来与程序交换数据，算法需要的实际航向或航迹，设定航向或航迹的数据通过指针m_PShipState都可得到，算法需要存储的中间变量放在ComputeStatePara数组中，最后计算出的控制量保存在变量RudderD中。
[0019]在控制算法测试方面，本发明提出事件仿真算法测试两种方法，定义如下 事件仿真算法测试:是建立仿真系统之后，在一定的设定条件下，在时间轴上，研究被
控对象在进行一系列活动的过程中，控制算法在多种信号下的控制效果。
[0020]针对事件仿真算法测试本系统设计了一个事件编辑器。如果主要研究船舶航向控制、航迹控制，那么影响船舶运动控制的船舶的主要活动就是主机操纵，而外界主要影响就是风、浪、流扰动变化，所设计的“事件编辑器”是一个方便用户，只要调整几个参数就可以仿真实船一系列活动的对话框。通过“事件编辑器”的方式，用户可以快速地实现“事件仿真算法测试”，在整个事件中，主机转速以及风、浪、流外界干扰都可以多次变化。虽然输入内容增多，但这样仿真的效果更接近于实际情况，有更高的可信度。
【权利要求】
1.船舶动力定位系统由船舶动力定位系统模型的设置与测试模块1，控制算法的加载与测试模块2、船舶动力定位系统的数学模型模块3，船舶动力定位系统曲线显示界面4四部分组成；船舶动力定位系统模型的设置与测试模块I和控制算法的加载与测试模块2与船舶动力定位系统的数学模型模块3进行双向数据交换；船舶动力定位系统的数学模型模块3单向传输数据至船舶动力定位系统曲线显示界面4中；同时船舶动力定位系统曲线显示界面4曲线显示界面4都可单向传输数据至I船舶动力定位系统模型的设置与测试模块I和控制算法的加载与测试模块2 ;上述软件模块I至4用VC++开发。
【文档编号】G05B17/02GK103645642SQ201310602792
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年11月25日 优先权日:2013年11月25日
【发明者】刘雨 申请人:大连海联自动控制有限公司