[发明专利]一种动力定位控制系统硬件在环测试仿真器及其工作方法

摘要

本发明公开了一种动力定位控制系统硬件在环测试仿真器及其工作方法，所述仿真器包括实时I/O接口和动力定位控制系统仿真模块，动力定位控制系统仿真模块包括功率管理系统模块、推进装置模块、船舶或海上浮式平台运动模块、位置参考系统模块、故障模拟模块、海洋环境模拟模块和人机交互界面。动力定位控制系统仿真模块通过实时I/O接口与拟测试动力定位控制系统实现实时数据交换，接收拟测试动力定位控制系统发送的推进系统的期望指令信号，并向拟测试动力定位控制系统发送动力定位控制系统仿真模块仿真输出信号。本发明可避免实船测试的危险，节省测试成本。本发明包含实时I/O接口，可与拟测试的动力定位控制系统直接连接，使用方便。

主权项

一种动力定位控制系统硬件在环测试仿真器，其特征在于：包括实时I/O接口(8)和动力定位控制系统仿真模块，所述的动力定位控制系统仿真模块包括功率管理系统模块(1)、电源模块(2)、推进装置模块(3)、船舶或海上浮式平台运动模块(4)、位置参考系统模块(5)、故障模拟模块(6)、海洋环境模拟模块(7)和人机交互界面(10)；所述的实时I/O接口(8)分别与拟测试的动力定位控制系统(9)和故障模拟模块(6)双向连接，且其另一个输入端与人机交互界面(10)输出端连接；所述的故障模拟模块(6)与人机交互界面(10)双向连接，且其另一个输入端与功率管理系统模块(1)的输出端连接；所述的功率管理系统模块(1)与电源模块(2)双向连接；所述的电源模块(2)与推进装置模块(3)双向连接；所述的推进装置模块(3)与故障模拟模块(6)双向连接，且其另一个输出端与船舶或海上浮式平台运动模块(4)的一个输入端连接；所述的船舶或海上浮式平台运动模块(4)的另一个输入端与海洋环境模拟模块(7)的输出端连接，其输出端与位置参考系统模块(5)的输入端连接；所述的位置参考系统模块(5)输出端与故障模拟模块(6)输入端连接；所述的海洋环境模拟模块(7)输入端与人机交互界面(10)输出端连接；所述的动力定位控制系统仿真模块通过实时I/O接口(8)与拟测试动力定位控制系统(9)实现实时数据交换，接收拟测试动力定位控制系统(9)发送的推进系统的期望指令信号，并向拟测试动力定位控制系统(9)发送动力定位控制系统仿真模块仿真输出信号，所述的仿真输出信号包括电源模块(2)运行状态、推进装置的转速及转角、船舶或海上浮式平台运行状态信息；所述的故障模拟模块(6)有两种工作模式：故障模拟模式和非故障模拟模式；该模块在故障模拟模式下模拟各种故障情况，该模块在非故障模拟模式下不进行任何故障信息的模拟，仅相当于I/O接口，用户通过人机交互界面(10)设置控制指令实现上述两种模式的切换；电源模块(2)与推进装置模块(3)双向连接，接收推进装置模块(3)的转速、转角，并求得推进装置所需的功率负载信息，并向推进装置模块(3)提供工作所需的电流电压；功率管理系统模块(1)与电源模块(2)双向连接，接收电源模块(2)传递的电源模块(2)工作状态信息和推进装置模块(3)功率负载信息，功率管理系统模块(1)向电源模块(2)发送电源模块(2)控制指令，该指令用于保证电源模块(2)向推进装置模块(3)提供足够的功率；功率管理系统模块(1)通过故障模拟模块(6)向人机交互界面(10)发送电源模块(2)工作状态信息，通过故障模拟模块(6)及实时I/O接口(8)向拟测试动力定位控制系统(9)发送电源工作状态信息；所述的海洋环境模拟模块(7)包括海洋环境扰动因素对船舶或海上浮式平台产生的等效干扰力和力矩数学模型，所述的海洋环境扰动因素包括风、浪和流；人机交互界面(10)在VC开发平台下实现各种控制功能指令的设定、测试结果实时显示、测试结果分析、测试结果存档，所述的控制功能指令包括测试控制指令、故障模拟模式指令、海洋环境模拟模式指令、海洋环境模拟设置指令及故障设置指令，通过VC与MATLAB混合编程技术实现人机交互界面(10)与故障模拟模块(6)和海洋环境模拟模块(7)的数据传递；在拟测试动力定位控制系统(9)测试过程中，用户根据测试需求，通过人机交互界面(10)设定相应的各种控制指令，分别发送给实时I/O接口(8)、故障模拟模块(6)和海洋环境模拟模块(7)；人机交互界面(10)通过故障模拟模块(6)接收位置参考系统模块(5)和推进装置模块(3)的运行仿真结果信息，包括船舶或海上浮式平台运行状态、推进器运行状态，并实时显示对拟测试动力定位控制系统(9)的测试结果；在测试结束后，人机交互界面(10)根据测试结果对拟测试的动力定位控制系统进行合理有效的分析，并显示分析结果，用户下载测试结果数据，以便进行下一步的深入分析研究；推进装置模块(3)由推进系统仿真模型和力转换模型组成，推进系统仿真模型输出推进装置的实际转速和方位角，力转换模型将推进器实际转速和方位角转换为作用于船舶或海上浮式平台的等效作用力与力矩，推进装置模块(3)通过实时I/O接口(8)及故障模拟模块(6)接收拟测试的动力定位控制系统的控制指令，所述的控制指令包括推进器期望转速和方位角，并向拟测试的动力定位控制系统发送推进装置模块(3)的实际运行状态信息，同时也向船舶或海上浮式平台运动模块(4)发送由推进装置模块(3)的力转换模型所产生的力与力矩信号；海洋环境模拟模块(7)接收人机交互界面(10)的海洋环境扰动控制指令，经仿真运行得到海洋环境扰动力与力矩，并发送给船舶或海上浮式平台运动模块(4)；船舶或海上浮式平台运动模块(4)接收推进装置模块(3)和海洋环境模拟模块(7)力与力矩信号，仿真运行，并将船舶或海上浮式平台运动状态信息发送给位置参考系统模块(5)；位置参考系统模块(5)接收船舶或海上浮式平台运动模块(4)信息，并将其转换为实际传感器模拟信号，通过故障模拟模块(6)发送给人机交互界面(10)，通过故障模拟模块(6)及实时I/O接口(8)发送给拟测试动力定位控制系统(9)。