[发明专利]一种船舶自动舵测试仿真系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种船舶的硬件在环仿真系统，特别是一种船舶自动舵测试仿真系统，属于船舶控制与仿真技术领域。

背景技术

随着经济全球化的发展，航运业对人类的生产生活有着越来越重要的影响。近几十年来，伴随着改革开放，我国已重回航运大国之列。作为航运业的主要载体，船舶的地位越发重要。对船舶进行航向控制即船舶驾驶员保持或改变船舶运动的方向，是保证船舶安全高效航行的关键。船舶自动舵是控制船舶航向的重要设备，设计生产出性能优越满足各种实际环境的自动舵显得尤为重要。在对自动舵进行研制、生产和维修中，避免不了要对自动舵进行各项性能指标的测试，然而进行实船海上实验需要大量人力物力，很多情况下无法实现，同时在陆地上自动舵由于缺少真实舵角反馈信号和真实航向反馈信号而不能正常运转。所以，如何经济有效地对船舶自动舵进行测试的问题出现。

硬件在环仿真方法是将物理模型和数学模型联合在一起进行试验的一种方法，它将实际系统的一部分设备和计算机相互连接，用数学仿真的方式对其中不存在或不便于实验的部分系统进行仿真，同时保证整个系统实时运转。该仿真技术综合了物理仿真和数学仿真两者的优点，充分利用计算机建模的简易性，减少了费用，便于对系统的模型部分进行灵活快捷的仿真、变更。该仿真技术在机械、电子、航天航空和武器研制等领域己得到了广泛应用。但对船舶自动舵进行测试的仿真系统目前还未见公开报道，而船舶其他方面的仿真系统并不能直接用于船舶自动舵测试的仿真。

发明内容

为解决如何经济有效地对船舶自动舵进行测试的问题，本发明要设计一种可以使船舶自动舵在陆地上正常运转并可对其各项性能指标进行测试的船舶自动舵测试仿真系统，该仿真系统不仅可对自动舵进行测试，还可作为教学设备训练学生的操舵技能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种船舶自动舵测试仿真系统，包括船舶模型参数设置系统、船舶运动数学模型处理系统、综合信息显示系统、船舶自动舵、舵角产生与反馈装置，所述的船舶运动数学模型处理系统通过串口通信的方式分别与舵角产生与反馈装置和船舶自动舵连接，所述的舵角产生与反馈装置和船舶自动舵通过串口通信的方式进行连接；所述的船舶运动数学模型处理系统与船舶模型参数设置系统和综合信息显示系统的通信由程序内部数据传递完成；

所述的船舶运动数学模型处理系统的软件采用Visual C++编程，并且以动态链接库的形式实现，该系统将解算出的航向实时的通过串口发送给船舶自动舵，使其得到航向反馈量；又通过PLC控制的步进电机模拟实际航行中的液压舵机带动舵角反馈器，使船舶自动舵得到与实际航行时一样电气特性的舵角反馈信号；这样船舶自动舵就获得了两个必要的反馈量，保证船舶自动舵在陆地上的正常运转；

所述的综合信息显示系统用Visual C++语言开发，负责采集船舶自动舵和船舶运动数学模型处理系统的各项信息并显示出来；

所述的舵角产生与反馈装置，由一个步进电机、一个步进电机驱动器、一个PLC、一个舵角指示自整角机和两个舵角反馈自整角机构成，所述的舵角指示自整角机与舵角反馈自整角机统称为舵角反馈器，所述的PLC控制步进电机驱动器，步进电机驱动器驱动步进电机转动带动舵角反馈器，安装在PLC中的软件采用西门子PLC梯形图语言进行编写；

所述的船舶模型参数设置系统，采用Visual C++语言开发，利用组合框控件与编辑框控件进行参数设置。

本发明的优点和有益效果是：

1、本发明利用步进电机带动舵角反馈器产生舵角反馈量，通过引入船舶运动数学模型产生航向反馈量，由此，船舶自动舵得到使其正常运转的两个必要反馈量，可以实现船舶自动舵在陆地上正常运转，逼真地模拟船舶自动舵在实船上的工作状态，通过设计专门的软件可方便的对船舶自动舵在运转时产生的信息进行采集，有利于相关科研单位、工厂在研制、生产和维修船舶自动舵时对船舶自动舵各项性能进行测试及评价。为更好地设计和改进船舶自动舵创造了良好方便的条件。同时，本发明可模拟部分海上实验，可作为航海类院校培训学生的教学仪器。本发明的研制为从事于船舶自动舵相关工作的科研单位、工厂和航海类院校节省了大量的实船试验所需的人力物力开支，提高了工作效率。

2、本发明可以实现以下功能：

(1)用户可根据需要选择4种不同类型船舶模型及设置初始船速、主机转速、初始航向、海况参数如风浪流强度、方向等。

(2)作为教学设备，用户可以利用本发明训练学生基本的自动舵操纵技能。