[发明专利]无人船自主航行航迹跟踪控制器测试仿真平台及工作方法

摘要

本发明公开了一种无人船自主航行航迹跟踪控制器测试仿真平台及工作方法，所述的平台包括PC机和DS2211控制板，所述的PC机与拟测试航迹跟踪控制器双向连接；PC机通过ISA接口的插槽与DS2211控制板双向连接。PC机上运行人机界面和船舶运动仿真系统；DS2211控制板上运行dSPACE实时系统。本发明将dSPACE实时系统的DS2211控制板插入PC机中，通过ISA总线进行实时通讯，船舶运动仿真系统可直接在控制板上实时仿真运行，DS2211控制板实现“双机互联模式”下的目标机实时仿真功能，不需要PC机或者工业控制机作为目标机，解决“双机互联模式”下测试平台硬件资源利用率低和实用性差的问题。

主权项

1.一种无人船自主航行航迹跟踪控制器测试仿真平台，其特征在于：包括PC机(2)和DS2211控制板(3)，所述的PC机(2)通过I/O接口(4)与拟测试航迹跟踪控制器(1)双向连接；PC机(2)通过ISA接口(5)的插槽与DS2211控制板(3)双向连接；所述的PC机(2)上运行人机界面(11)和船舶运动仿真系统；所述的DS2211控制板(3)上运行dSPACE实时系统；所述的人机界面(11)是航迹跟踪控制器测试的监控界面，通过dSPACE实时系统的实验软件ControlDesk设计实现；所述的船舶运动仿真系统由MATLAB/Simulink设计实现；所述的船舶运动仿真系统包括船舶运动模块(6)、推进系统模块(7)、位置测量系统模块(8)、限制水域模块(9)和风浪流扰动模块(10)；所述的船舶运动模块(6)包括船舶运动数学模型；所述的推进系统模块(7)包括推进系统的各推进器数学模型及其力转换数学模型；所述的位置测量系统模块(8)包括卫星导航系统和罗经测量数学模型；所述的限制水域模块(9)包括复杂水域和狭窄水道的边界线模拟数学模型；所述的风浪流扰动模块(10)包括风浪流扰动作用于船舶上的等效干扰力和力矩数学模型；dSPACE实时系统的ControlDesk实验软件包含参数设置、测试曲线显示所需的各种虚拟功能模块，易于设计友好的人机界面(11)；DS2211控制板(3)插入PC机(2)，DS2211控制板(3)与PC机(2)通过ISA总线实时通讯，PC机(2)上用MATLAB/Simulink实现的船舶运动仿真系统在DS2211控制板(3)实时仿真运行；从而通过I/O接口(4)对拟测试航迹跟踪控制器(1)进行实时测试；在拟测试航迹跟踪控制器(1)实时测试的信号交换过程中，人机界面(11)实现以下功能：各种控制指令的设定；船舶参数和风浪流参数的设置、修改与显示；推进器状态显示；航迹曲线的显示；限制水域的显示和测试结果的存档；所述的控制指令包括实验开始指令、限制水域模拟指令和实验结束指令；所述的船舶参数包括船舶全长、船宽、满载吃水、主发动机功率、排水量、重心距中心距离和舵叶面积；所述的风浪流参数包括：海风风速，有义波高，平均海流流速，海风、海浪和海流相对于北向的角度；所述的海风为稳流风；PC机(2)通过ISA接口(5)将船舶运动仿真系统的可执行C代码发送至DS2211控制板(3)进行实时仿真，则船舶运动仿真系统的船舶运动模块(6)实时模拟无人船运动；船舶运动仿真系统的推进系统模块(7)实时模拟无人船的推进器；船舶运动仿真系统的位置测量系统模块(8)实时模拟卫星导航系统和罗经测量无人船的位置信息；船舶运动仿真系统的限制水域模块(9)实时模拟限制水域环境；船舶运动仿真系统的风浪流扰动模块(10)实时模拟无人船所受的风浪流干扰，DS2211控制板(3)将实时仿真结果即模拟的传感器实时信号、推进器实时状态信号和限制水域的边界线信号，通过ISA接口(5)送回PC机(2)，PC机(2)再将其发送给人机界面(11)和通过I/O接口(4)发送给拟测试航迹跟踪控制器(1)。