专利名称：一种通航船模实验航行过程重现方法
技术领域：
本发明涉及通航船模实验，具体提供一种通航船模实验航行过程重现方法。
背景技术：
目前，在研究通航问题时，无论港工实验、河工实验还是水工模型实验，其原理都是根据相似理论，根据实物模型制作按比例缩小的物理模型，研究相关水力学问题。在研究通航问题时，对船模的控制有两种人工控制和计算机控制，但是为了达到航迹重现的目的，这两种方法有较多缺点。对于人工控制，驾驶员通过遥控器控制安装在船模上的模拟器以模拟船舶在航道中航行，这种控制方式首先是模型实验的驾驶员控制存在时间尺度效应，即实验所代表的时间是实际时间的1(Γ20倍，而驾驶员的反应能力不能改变；其次利用遥控器控制船模与实际航行时的控制有差距，人工操纵很容易产生较大的误差。对于计算机控制，通过计算机控制船模，虽然可以消除时间尺度效应精确的控制船模，但是船舶航行受到众多因素的影响，随机性较大，在特定环境下的航行情况需要根据航行驾驶经验确定， 所以计算机控制只能分析操纵方式而没能达到理想的航迹重现效果。发明内容
针对上述现有方法的缺点，本发明提供一种通航船模实验航行过程重现方法，克服了为达到航迹重现而通过单纯的人工或计算机控制船模时所遇到的问题。
本发明解决上述技术问题采用以下技术方案一种通航船模实验航行过程重现方法，其按照以下步骤进行(a)通过船模固定支架设立起始位置，接起始位置设置一段直航调整段，接直航调整段设置一段实验航道；(b)将船模放置在固定支架上，启动船模，人工通过遥控器控制安装在船模上的船模模拟器，使船模在所述直航调整段保持直线航行；同时，利用采集系统采集船模每时刻的航行位置，该系统将采集到的船模位置信息传递到计算机，计算机计算船模出发后距离所述起始位置X米处的速度V及花费的时间tI，并分别存储为V=G (X)、t , =F (X)，直至船模驶出直航调整段；(c)所述船模驶出直航调整段以后进入实验航道，人工通过所述遥控器控制所述模拟器，使船模在实验航道中航行，并调整船模舵角β和船模电机转速V;所述采集系统采集船模的所述调整信息，并将该调整信息传递至所述计算机，计算机计算并存储每时刻的所述舵角β和转速V分别为β =f (t 2 )>V=g (t 2 ),直至船模驶出实验航道；其中,所述t n与t2进行不间断的时间衔接；Cd)所述船模驶出实验航道后，将该船模再次放置在所述固定支架上，启动船模，由所述计算机向所述模拟器发出指令，使船模在所述直航调整段保持直线航行；同时，利用所述采集系统采集船模每时刻的航行位置，该系统将采集到的船模位置信息传递到所述计算机，计算机计算船模出发后距离起始位置X米处的速度U及花费的时间t ,'，分别存储为u=h (X)U1' =k (X);当船模行驶至X 处,且h (Χ_)= G (X *)时，计算机再次向模拟器发出指令，使船模按照V=G (X)、t n =F (X)自X 处自动驶出直航调整段；(e)船模自动驶出直航调整段后，所述计算机又一次向模拟器发出指令，使船模按照 β =f (t 3 )、v=g (t 2 )自动驶出实验航道。
进一步地，所述采集系统包括视频采集系统和数据采集系统，所述视频采集系统采集所述船模在直航调整段每时刻位置的图形信息，并将该图形信息传送至所述计算机; 所述数据采集系统采集所述船模在在实验航道中每时刻所述舵角和电机转速的调整数据， 并将该数据传送至所述计算机。
进一步地，所述计算机包括计算存储模块、比较模块、调整模块和控制模块，所述计算存储模块分别计算存储所述视频采集系统与数据采集系统传送的信息；所述比较模块将计算存储模块存储的V=G (X)、t , =F (X)与u=h (X)、t , =k (X)进行比较，当h (Xi')古G(X_')时，所述比较模块将该比较结果传递至所述调整模块，调整模块通过向模拟器发送指令调整船模的速度，直至h (X·)= G (X·);当h (X·)= G (X )时，比较模块将该比较结果传递至所述控制模块，控制模块通过向模拟器发送指令分别控制船模按照V=G (X)、t I =F (X)自X处自动驶出直航调整段、按照i3=f (t 2)、v=g (t 2)自动驶出实验航道。
本发明与现有技术相比具有如下优点本发明通过计算机控制，模仿人工操纵，重现驾驶员的操纵过程，减少了人为误差，以增加模型试验的可重复性；同时，本发明以人工操纵过程为模板，在物理模型上通过模拟人工操纵过程，达到重现人工操纵下的船舶运动过程的目的，为寻找外界因素而非人为误差对船模航行的影响提供依据。
图1是本发明的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。
本方法按一下步骤进行Ca)通过船模固定支架I设立起始位置，固定支架可确保船模在空间上的起始位置相同；接起始位置设置一段直航调整段2，在直航调整段，船模正舵保持直线航行，且匀速前进，从而可方便调整计算机控制船模时的速度与人工控制时的速度相同，进而保证两者的速度在实验航道的起始位置一致；与接直航调整段设置一段实验航道3，实验航道为所研究的实际航道的1 型；(b)将船模放置在固定支架上，启动船模，人工通过遥控器通过无线通讯模块控制安装在船模4上的船模模拟器，使船模在所述直航调整段保持直线航行；同时，利用视频采集系统51采集船模每时刻的航行位置，一般通过摄像机捕捉船模的位置图形，该系统将捕捉的图形信息传递到计算机6的计算存储模块61，该模块计算船模出发后距离所述起始位置X 米处的速度V及花费的时间t I，并分别存储为V=G (X)、t I =F (X)，直至船模驶出直航调整段；(c)所述船模驶出直航调整段以后进入实验航道，人工通过所述遥控器控制所述模拟器，使船模在实验航道中航行，由于在实验航道中存在一些障碍物等，须调整船模舵角β 以控制航行方向，并适时调整船模电机转速V以控制航行速度；数据采集系统52采集船模调整前后的舵角与电机转速数据，如可通过传感器等实现，该系统将舵角与电机转速数据传递至所述计算存储模块，该模块计算并存储每时刻的所述舵角β和转速V分别为i3=f(t 3)、v=g (t 2)，直至船模驶出实验航道；其中，所述3进行不间断的时间衔接，如采用秒为单位，当船模驶出直航调整段花费的时间t I力5秒，那么船模开始在实验航道航行时间从5秒开始计算，即f (t J8 )、g (t 2 )的t 3以5为起算点；Cd)所述船模驶出实验航道后，将该船模再次放置在所述固定支架上，启动船模，由所述计算机通过无线通讯模块向所述模拟器发出指令，使船模在所述直航调整段保持直线航行；同样，视频采集系统采集图形信息，计算储存模块计算船模出发后距离起始位置X米处的速度u及花费的时间ti'，分别存储为u=h (XXt1' =k (X);在船模出发后，所述比较模块62将V=G (X)、t t =F (X)与u=h (X)、t丨'=k (X)进行比较，如在X*'处，h (X.')关G (Λ·')时，比较模块将该比较结果传递至所述调整模块63，调整模块通过向模拟器发送指令调整船模的速度，直至调整船模与上次人工控制时在相同位置具有相同的速度为止，即h (X*)= G (Xe)当h (Xt)=G (X )时，比较模块将该比较结果传递至所述控制模块64，控制模块通过向模拟器发送指令控制船模按照V=G (X)、t n =F (X)自X _处自动驶 出直航调整段；(e)船模自动驶出直航调整段后，所述控制模块又一次向模拟器发出指令，使船模按照 β =f (t 2 )、V=g (t 2 )自动驶出实验航道。
以下举例说明本发明的实现过程如人工控制时，船模是按照V=G (X)、t 1 =F (X)驶出直航调整段的，驶出时刻即t I =5秒，此时刻也是船模进入实验航道的时间，即t 2从5秒开始起算船模按照β =f (t 2 )、v=g (t 2)在实验航道中航行；计算机控制时，通过调整船模的速度，在2米处船模的速度与人工控制时的速度相等，即h (2)= G (2)，此时，根据F (2)可算出人工控制所花费的时间t I =3，而船模此时实际行驶时间t 可根据k (2)算出，即t/ =2.5。为了重现人工控制过程，船模在计算机控制时从2米之后，按照V=G (X)、ti=F (X)行驶，也就是说船模以2 秒开始计算以后的行驶时间，而不是以2. 5秒开始计算，且5秒开始进入实验航道，这样可确保与人工控制时行驶的路线一致。
本发明的目的是通过计算机根据驾驶员的操纵过程，在物理模型上重现船模的运动过程。本发明可以应用于以下两个方面提高船模试验的可重复性；发现航道内的外界随机因素。其所用基本原理是船模的操纵过程包括舵角(β )、转速(V )随时间的变化过程即为函数关系式β= · (t)和v=g (t)，计算机记录人工操纵船模航行的整个过程，从而获得f (t)、g (t)。再次航行时，计算机操纵船模航行，根据获得的f (t)、g (t)控制船模航行，如此便达到重现人工操纵下的船舶运动过程的目的，提高了船模试验的可重复性，减少了人为误差，同时为寻找外界因素而非人为误差对船模航行的影响提供依据。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的 优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1.一种通航船模实验航行过程重现方法，其按照以下步骤进行 (a)通过船模固定支架设立起始位置，接起始位置设置一段直航调整段，接直航调整段设置一段实验航道； (b)将船模放置在固定支架上，启动船模，人工通过遥控器控制安装在船模上的船模模拟器，使船模在所述直航调整段保持直线航行；同时，利用采集系统采集船模每时刻的航行位置，该系统将采集到的船模位置信息传递到计算机，计算机计算船模出发后距离所述起始位置X米处的速度V及花费的时间tI，并分别存储为V=G (X)、t I =F (X)，直至船模驶出直航调整段； (c)所述船模驶出直航调整段以后进入实验航道，人工通过所述遥控器控制所述模拟器，使船模在实验航道中航行，并调整船模舵角β和船模电机转速V;所述采集系统采集船模的所述调整信息，并将该调整信息传递至所述计算机，计算机计算并存储每时刻的所述舵角β和转速V分别为β =f (t 2 )>V=g (t 2 ),直至船模驶出实验航道；其中,所述t里与t2进行不间断的时间衔接； (d)所述船模驶出实验航道后，将该船模再次放置在所述固定支架上，启动船模，由所述计算机向所述模拟器发出指令，使船模在所述直航调整段保持直线航行；同时，利用所述采集系统采集船模每时刻的航行位置，该系统将采集到的船模位置信息传递到所述计算机，计算机计算船模出发后距离起始位置X米处的速度U及花费的时间t/，分别存储为u=h (X)、t ! ' =k (X);当船模行驶至X #处,且h (Xf)= G (X # )时,计算机再次向模拟器发出指令，使船模按照V=G (X)、t 1 =F (X)自X 处自动驶出直航调整段； (e)船模自动驶出直航调整段后，所述计算机又一次向模拟器发出指令，使船模按照β =f (t 2 )、V=g (t 2 )自动驶出实验航道。
2.根椐权利要求I所述的一种通航船模实验航行过程重现方法，其特征在于所述采集系统包括视频采集系统和数据采集系统，所述视频采集系统采集所述船模在直航调整段每时刻位置的图形信息，并将该图形信息传送至所述计算机；所述数据采集系统采集所述船模在在实验航道中每时刻所述舵角和电机转速的调整数据，并将该数据传送至所述计算机。
3.根据权利要求2所述的一种通航船模实验航行过程重现方法，其特征在于所述计算机包括计算存储模块、比较模块、调整模块和控制模块，所述计算存储模块分别计算存储所述视频采集系统与数据采集系统传送的信息；所述比较模块将计算存储模块存储的V=G(X)、t I =F (X)与 u=h (X)、t ! 1 =k (X)进行比较，当 h (X 1 ) ^ G (X ,')时，所述比较模块将该比较结果传递至所述调整模块，调整模块通过向模拟器发送指令调整船模的速度，直至h (X*)= G (X_);ih (X1)= G (X*)时，比较模块将该比较结果传递至所述控制模块，控制模块通过向模拟器发送指令分别控制船模按照V=G (X)、t I =F (X)自X.处自动驶出直航调整段、按照β =f (t 2 )> V=g (t 2 )自动驶出实验航道。
全文摘要
本发明涉及一种通航船模实验航行过程重现方法，主要包括人工通过遥控器控制模拟器，使船模在所述直航调整段保持直线航行后进入实验航道，并记录航线、计算机根据记录的航线控制船模在实验航道中航行的步骤。本发明通过计算机控制，模仿人工操纵，重现驾驶员的操纵过程，减少了人为误差，以增加模型试验的可重复性；同时，本发明以人工操纵过程为模板，在物理模型上通过模拟人工操纵过程，达到重现人工操纵下的船舶运动过程的目的，为寻找外界因素而非人为误差对船模航行的影响提供依据。
文档编号G09B9/06GK102982704SQ20121053394
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者刘晓平, 郑斌, 乾东岳, 任启明, 田辉, 赵江, 黄琼, 扈士龙 申请人:长沙理工大学