[发明专利]一种船舶运动控制硬件在环仿真系统及其工作方法

权利要求书

1.一种船舶运动控制硬件在环仿真系统，其特征在于：包括船舶运动控制 器(2)、船舶运动仿真系统(1)和远程控制与监测系统(3)，所述船舶运动仿 真系统(1)和船舶运动控制器(2)之间通过串口通信接口(4)实现数据的相 互连接，船舶运动控制器(2)和远程控制与监测系统(3)之间通过以太网通 信接口(5)实现数据的相互连接；所述的船舶运动仿真系统(1)提供船型选 择，使用者根据需要自行输入不同船型、实船参数及海况参数，还提供船舶运 动数学模型用于对象仿真，对船舶运动控制器(2)输入的控制量进行响应，输 出航向，并在系统屏幕上显示出船舶运动的航迹；所述的船舶运动控制器(2) 包含了智能PID、多模态智能控制、模糊CMAC控制、混合智能控制多种控制 算法模块，操作者选择其中任意算法模块进行船舶运动控制的仿真实验；还包 括主程序模块、船舶运动控制与通信模块、以太网模块、控制参数接收与船舶 运动状态发送模块和显示模块，所述的主程序模块是船舶运动控制器(2)软件 的核心，负责任务调度；船舶运动控制与通信模块负责与船舶运动仿真系统(1) 的通信任务；以太网模块负责底层的基于TCP/IP的通信任务；控制参数接收与 船舶运动状态发送模块负责与远程控制与监测系统(3)的通信任务；显示模块 负责显示船舶的舵角和航向；所述的远程控制与监测系统(3)能够向船舶运动 控制器(2)发送航向命令，设置控制器参数，并对船舶运动仿真系统(1)的 响应情况进行监测，远程控制与监测系统(3)具体包括航向、舵角监测部分， 实时对船舶运动仿真系统(1)的舵角和航向进行监测，并画出航向和舵角的监 测曲线；远程控制与监测系统(3)还包括参数设置部分，可以对船舶运动控制 器(2)的参数进行设置，同时把航向发送给船舶运动控制器(2)。

2.根据权利要求1所述的船舶运动控制硬件在环仿真系统，其特征在于： 所述的船型选择包括大型集装箱船和油轮两种船型选择。

3.根据权利要求1所述的船舶运动控制硬件在环仿真系统，其特征在于： 所述的串口通信接口(4)使用WinAPI进行串口通信程序设计，采用事件驱动 方式的编程方法，即当串口接收缓冲区收到数据时，自动执行接收程序，对缓 冲区中的数据进行相应处理。

4.根据权利要求1所述的船舶运动控制硬件在环仿真系统，其特征在于： 所述的船舶运动控制器(2)、船舶运动仿真系统(1)和远程控制与监测系统(3) 的软件采用Visual C++语言开发。

5.根据权利要求1所述的船舶运动控制硬件在环仿真系统，其特征在于： 所述的船舶运动仿真系统(1)包括响应型和分离型两种船舶运动数学模型，所 述的响应型数学模型为非线性二阶Nomoto模型，所述的分离型数学模型包括三 自由度MMG模型和四自由度的平野模型。

6.根据权利要求1或3所述的船舶运动控制硬件在环仿真系统，其特征在 于：所述的船舶运动控制器(2)的核心模块是SST公司的8位微处理器 SST89E516RD，所述的串行通信接口采用MAXIM公司生产的MAX232芯片设 计，所述的以太网通信接口(5)采用台湾Realtek公司生产的10Mb/s以太网控 制器RTL8019AS设计。

7.一种如权利要求1所述船舶运动控制硬件在环仿真系统的工作方法，其 特征在于：包括以下步骤：

A、根据实验需要，通过船舶运动仿真系统(1)输入船型、实船参数及海 况参数；

B、远程控制与监测系统(3)通过以太网通信接口(5)把舵角参数发送给 船舶运动控制器(2)；

C、船舶运动控制器(2)接收到舵角参数后调用控制函数对数据进行处理， 然后把计算出的航向通过串口通信接口(4)发送给船舶运动仿真系统(1)；

D、船舶运动仿真系统(1)根据选择的船舶运动数学模型与船舶运动控制 器(2)形成闭环控制，并显示船舶运动航迹；远程控制与监测系统(3)同时 对船舶运动模型的状态进行实时监测，绘制航向和舵角曲线，并显示出船舶运 动模型当前的航向和舵角值。

8.一种如权利要求1所述的船舶运动控制硬件在环仿真系统的工作方法， 其特征在于：所述的船舶运动仿真系统(1)与船舶运动控制器(2)还形成开 环控制，通过船舶运动控制器(2)的按键向船舶运动仿真系统(1)发送舵角， 控制其航迹，模拟手动操舵。