[实用新型]一种船舶运动控制硬件在环仿真系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种在环仿真系统，特别是一种船舶运动控制硬件在环仿真系统。

背景技术

船舶运动控制是一个极为复杂的控制过程，高智能化船舶的基本要求是船舶航运自动化，船舶航向自动控制系统亦简称为自动舵，是高智能化船舶不可缺少的重要设备，它的性能直接影响着船舶航行的经济性和安全性。自动舵的控制技术水平与控制理论发展水平相一致，它伴随着自动控制理论和技术的发展而发展。目前神经网络控制、模糊控制、混合智能控制等先进的控制算法为设计高水平的船舶运动控制器提供了新的契机。但是在实际船舶上验证这些先进的控制算法面临很多困难：首先想要在实际船舶上做研究就必须办理包括海员证在内的各种烦杂手续；其次船舶在海上正常运行时也不太可能让研究人员根据研究的内容改动各种装置的参数；若自行租用船舶，需要大量的人力物力来支持，在现有的条件下无法实现。

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，保证了在实现改变参数的同时就可详细观察系统性能的变化。该仿真技术在机械、电子、航天航空和武器研制等领域已得到了广泛应用，尤其是在控制系统的设计过程中，由于系统功能日益丰富，设计难度日益加大，利用硬件在环仿真作为整个系统的开发平台则可以预先逐步检验控制系统设计的合理性和可靠性，从而大大提高控制系统的研制质量，减小研制风险和提高设计成功率。但船舶运动控制硬件在环仿真系统目前尚处在研制阶段，没有成型的产品。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的是设计一种可以实现船型选择、实船参数设置、船舶运动控制算法选择和船舶状态实时监控的船舶运动控制硬件在环仿真系统。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种船舶运动控制硬件在环仿真系统包括船舶运动控制器、船舶运动仿真系统和远程控制与监测系统，所述船舶运动仿真系统和船舶运动控制器之间通过串口通信接口实现数据的相互连接，船舶运动控制器和远程控制与监测系统之间通过以太网通信接口实现数据的相互连接；所述的船舶运动仿真系统提供船型选择，使用者可根据需要自行输入不同船型、实船参数及海况参数，如船舶长度、吃水深度、方形系数、风浪强度、风浪方向等；所述的船舶运动控制器包含了智能PID、多模态智能控制、模糊CMAC控制、混合智能控制等多种控制算法模块，操作者可以选择其中任意算法模块进行船舶运动控制的仿真实验；所述的远程控制与监测系统可向船舶运动控制器发送航向命令，设置控制器参数，并对船舶运动仿真系统的响应情况进行监测。

本实用新型所述的船型选择包括大型集装箱船和油轮两种船型选择。

本实用新型所述的船舶运动控制器包括主程序模块、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的通信任务；显示模块负责显示船舶的舵角和航向。

本实用新型所述的串口通信接口使用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。

本实用新型所述的船舶运动控制器、船舶运动仿真系统和远程控制与监测系统的软件采用Visual C++语言开发。

本实用新型所述的船舶运动仿真系统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。

本实用新型所述的船舶运动控制器的核心模块是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采用台湾Realtek公司生产的10Mb/s以太网控制器RTL8019AS设计。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：