船舶操纵系统建模与仿真
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摘要
随着电子技术、信息技术及计算机技术的飞速发展，计算机仿真技术已广泛应用于电力、核能、石油、化工、交通、航海、航天、航空等各个领域，而且还推广应用到了社会、经济、生物等许多非工程领域以及国民经济各部门。船舶仿真训练器是计算机仿真技术在航海领域的典型应用，目前已成为培训、考核广大船员的重要手段。本文所做船舶操纵系统仿真就是用于培训船舶驾驶人员的驾驶台仿真训练器的一部分。
本课题主要是对船舶操纵系统进行建模及仿真，研究船舶对操舵的动态响应。船舶操纵系统模型分为液压舵机系统模型和船舶运动动力学模型两个部分。液压舵机系统部分的模型主要用于实现对舵机的模拟操纵，并对液压系统进行监控；船舶运动部分的模型主要用于模拟船舶在操舵后的运行状况，并加入了风和水流对船舶扰动的影响。
船舶操纵系统的仿真程序是在通用的Windows操作系统的开发平台上，在可视化的Microsoft Visual C++ 6.0的编译环境下编制的。Microsoft Visual C++是符合现代软件工程思想的面向对象的开发语言，编程人员可以灵活的定制对象的属性和方法，这样就能根据需要设计相应对象。同时，Visual C++还提供了较强的程序调试和跟踪能力，便于编程和调试。
船舶操纵系统仿真程序实现了对船舶的模拟操纵，并对舵机状况和船舶运动状态进行了显示，同时还加入了GPS定位系统，实时显示出船舶的当前所在位置。
With the rapid development of information technology, the application of Computer Simulation has been widely used in the field of electric power, nuclear energy, petroleum, chemical industry, transportation and navigation. Ship handing simulator is a typical example of Computer Simulation in the field of navigation, and has become an important way to train and examine sea going officers. The simulation for ship manoeuvering system is one kernel part of Ship Bridge Simulator.
The project design is mainly about the modeling of ship manoeuvering and the studying of the connection between ship direction and rudder angle, so the
modeling can be devided into two parts-the hydraulic system of the rudder
and the dynamic equation for ship moving. The model of the hydraulic system and examing programs of the rudder is to realize the control of rudder and monitor the state data of the hydraulic system. The model of ship movement is to show the ship moving direction after the rudder deflextion, and monitor the state of shiphead direction during the course of the disturb of wind and flow.
The simulation program of ship manoeuvering is developed on the platform of the universal operating system of Windows, utilizing Microsoft Visual C++ 6.0 , which offer a visible environment for develping program. Microsoft Visual C++ ,which is in agreement with the idea of modern software engineering, is an objected-oriented computer program language. By using Visual C++, the programmers can change the property of object flexibly according to different requirement. In the meantime, it also provide strong power for tracking variables
The simulation program for ship manoeuvering realize the simulated control of ship, and real-time monitor the state of rudder and ship moving . At the same time, the simulated GPS can show the position of the ship at real time.
本课题主要是对船舶操纵系统进行建模及仿真，研究船舶对操舵的动态响应。船舶操纵系统模型分为液压舵机系统模型和船舶运动动力学模型两个部分。液压舵机系统部分的模型主要用于实现对舵机的模拟操纵，并对液压系统进行监控；船舶运动部分的模型主要用于模拟船舶在操舵后的运行状况，并加入了风和水流对船舶扰动的影响。
船舶操纵系统的仿真程序是在通用的Windows操作系统的开发平台上，在可视化的Microsoft Visual C++ 6.0的编译环境下编制的。Microsoft Visual C++是符合现代软件工程思想的面向对象的开发语言，编程人员可以灵活的定制对象的属性和方法，这样就能根据需要设计相应对象。同时，Visual C++还提供了较强的程序调试和跟踪能力，便于编程和调试。
船舶操纵系统仿真程序实现了对船舶的模拟操纵，并对舵机状况和船舶运动状态进行了显示，同时还加入了GPS定位系统，实时显示出船舶的当前所在位置。
With the rapid development of information technology, the application of Computer Simulation has been widely used in the field of electric power, nuclear energy, petroleum, chemical industry, transportation and navigation. Ship handing simulator is a typical example of Computer Simulation in the field of navigation, and has become an important way to train and examine sea going officers. The simulation for ship manoeuvering system is one kernel part of Ship Bridge Simulator.
The project design is mainly about the modeling of ship manoeuvering and the studying of the connection between ship direction and rudder angle, so the
modeling can be devided into two parts-the hydraulic system of the rudder
and the dynamic equation for ship moving. The model of the hydraulic system and examing programs of the rudder is to realize the control of rudder and monitor the state data of the hydraulic system. The model of ship movement is to show the ship moving direction after the rudder deflextion, and monitor the state of shiphead direction during the course of the disturb of wind and flow.
The simulation program of ship manoeuvering is developed on the platform of the universal operating system of Windows, utilizing Microsoft Visual C++ 6.0 , which offer a visible environment for develping program. Microsoft Visual C++ ,which is in agreement with the idea of modern software engineering, is an objected-oriented computer program language. By using Visual C++, the programmers can change the property of object flexibly according to different requirement. In the meantime, it also provide strong power for tracking variables
The simulation program for ship manoeuvering realize the simulated control of ship, and real-time monitor the state of rudder and ship moving . At the same time, the simulated GPS can show the position of the ship at real time.
引文
[1] 王慧刚．计算机仿真原理及其应用．国防科技大学出版社．1994．1～28
[2] 游景玉．实时仿真技术及其应用．珠海出版社，1997．1～31
[3] IMO. International Convention On Standards Of Training, Certefecation and Watching for Seafares, 1978, as amended in 1995. U. K. London, 1995
[4] 徐庚保．系统仿真的过去现在和未来．计算机仿真，1998年7月第15卷第3期；2～5
[5] 王恒霖 曹建国．系统仿真的发展沿革与展望．系统仿真学报，1997年第9卷第1期：1～7
[6] 岩井聪(日)．操船论．人民交通出版社．
[7] 苏兴翘．船舶操纵性[M]．北京：国防工业出版社，1981．212
[8] 杨美英．船舶原理．武汉交通科技大学．279～301
[9] 陆志材．船舶操纵．大连海事大学出版社．2000．62～93
[10] 李勇．船舶操纵．人民交通出版社．1999．1～155
[11] 阎永阁．船舶辅机．大连海运学院出版社．
[12] 朱珉虎．内河船舶设计手册．中国标准出版社．1996．304～332
[13] Dr Stefen Klu,PhD,The Role&Mission of a PC-Based Diesel Engine Simulation, Merchant Marine Academy in Gdynia, 1997.
[14] 吴良宝等．船舶液压传动系统．国防工业出版社
[15] 方开泰．实用回归分析．科学出版社．1988．64～103
[16] 洪碧光等．船舶操纵性指数K、T的统计分析．大连海事大学学报．2000年第26卷第4期：29～33
[17] 邓志良等．船舶模拟器驾驶台仿真系统研究．中国造船，2001年第42卷第4期：52～56
[18] 程启明等．船舶操纵的控制技术综述．东南大学学报．1999年第29卷第1期．14～19
[19] 汪仲山等．船舶机舱自动化．武汉交通科技大学印制．1～238
[20] 董景新等．控制工程基础．清华大学出版社．1～320
[21] 熊光楞．连续系统仿真与离散事件系统仿真．清华大学出版社．1～180
[22] 黄柯棣．系统仿真技术．国防科技大学出版社．1998．11～30
[23] 张云生．实进控制系统软件设计原理及应用．国防工业出版社．34～220
[24]陈宗海．过程系统建模与仿真．中国科学技术大学出版社．1999．1～320
[25]肖章权 高孝洪．现代轮机仿真训练器及其仿真技术发展．计算机仿真．1998年10月第15卷第4期．37～40
[26]王行仁．建模与仿真的回顾及展望．系统仿真学报．1999年10月第11卷第5期．1～10
[27]程树良．轮机仿真器的数据管理和数据通信．武汉理工大学学报．2001(2)
[28]寿纪麟．数学建模方法与范例．西安交通大学出版社．1～80
[29]何亚清 陈奉群．Windows 2000 Professional 中文版实用大全．机械工业出版社．1999．1～20
[30]李兴．虚拟仪器的软件开发，核工业自动化．1999．1～110
[31]周德泽等．计算机智能监测控制系统的设计及应用．清华大学出版社．1～130
[32]马国华著．监控组态软件及其应用．清华大学出版社．1～80
[33]周青龙．故障诊断与监控．兵器工业出版社．1～130
[34]WMS-1型轮机仿真训练器研制报告．武汉交通科技大学轮机仿真中心
[35]程芳真 蒋滋康．仿真与监控实时数据智能显示和处理系统．清华大学学报．1997．92～113
[36]高惠敏 曾建湖等．基于Winsock的网络通信程序设计．99全国仿真技术学术会议论文集．
[37]屠仁寿等．面向信息时代的系统仿真方法学．系统仿真学报．1999年10月第11卷第5期
[38]方可燕等．VisualC++实战与精通．清华大学出版社．1999．1～200
[39]David J.Kruglinski.Visual C++技术内幕(第五版)．北京希望电子出版社．1～400
[40]Oren T I & Zeigler B P. Concepts for Advanced Simulation Methodologies Simulation. 1979
[41]The C++ Programming Language. Stroutrop Publishing. second edition AddisoWelsy. Reading MA 1991
[42]Nayer T H.Computer Simualtion Techniques.New York. Jan Wiley & Sons. 1966
[43]Michal Pidd. Introduction to Computer Simulation. Proceeding of MSC94
[44]Chuck Wood.OLE DB AND ODBC DEVELOPER'S GUIDE.Publishing House of Electronics Industry.2002
[45]GROVES. WINDOWSNT技术问答．清华大学出版社
[46]K.David White & Eugene Olafsen.MFC Visual C++6编程技术内幕．机械工业出版社．2000
[47]LimCC.Autopilot for ship control. Proceedings IEE(part-D), 1983,130(2), 147～148
[48]DenisM.Themotion of ships in confused seas. Trans. SNAME, 1953,13(2): 125～135
[49]扬明等．面向对象的建模技术开发大型培训系统的一种方法．计算机仿真，1997年12月第9卷第4期
[50]AmerongenJV. Adaptivesteering of ships:amodel reference approach to improved maneuvering and economical course-keeping: [PhDThesis].USA:Delft University of Technology, 1982
[2] 游景玉．实时仿真技术及其应用．珠海出版社，1997．1～31
[3] IMO. International Convention On Standards Of Training, Certefecation and Watching for Seafares, 1978, as amended in 1995. U. K. London, 1995
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