船舶运动仿真系统设计(附件)【字数:12078】
摘 要摘 要当今社会由于船舶的普及,各行各业都用到了船舶,这使船舶运动的安全性和效率被我们广泛的关注和重视,然而船舶运动数学模型又比较复杂,研究起来需要花费大量的时间个精力。本文根据单机仿真技术,设计出了船舶运动仿真系统,旨在协助我们了解船舶运动的各个特性,从而降低了船舶技术的开发时间,也可以给我们提供更直观、有效的实验环境。本次的课题为船舶运动仿真系统设计,通过了解船舶模型、环境模型和系统设计的相关资料,运用Labview对该系统进行设计并且实现。本次设计的仿真系统包括模型模块、显示模块及存储模块的设计。具体内容如下(1)船舶运动仿真的数学模型,本文从船舶运动方程和船舶运动动力学方程的研究分析,加入风、浪、流三种环境干扰因素,建立船舶运动的三自由度运动模型。实现只需输入相关船舶、环境参数,从而得到我们需要的数学模型。(2)船舶运动仿真的显示模型,这个模块主要以Labview中的显示控件实现,通过波形、三维图片控件,实现对船舶实时的运动轨迹、运动姿态、速度以及船舶在海中运动时所受干扰力的显示。从而让我们更直接的观察到船舶仿真运动时的过程。(3)船舶运动仿真的存储模块,运用Labview中的存储空间,来实现对船舶运动的坐标的存储。建立船舶运动仿真系统的船舶运动模型和环境模型,实现船舶运动轨迹、船舶运动姿态的显示以及坐标的转换,使初学者更可以简单的观察船舶运动的特点并进行研究分析。关键词船舶运动仿真;仿真平台;可视化显示
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的背景和研究意义 1
1.2相关技术的国内外发展及现状 2
1.2.1船舶运动建模的发展及现状 2
1.2.2船舶在波浪中的运动特性的研究现状 3
1.2.3船舶运动仿真的发展及现状 4
1.3本文的主要研究内容 4
第二章 船舶操纵运动系统建模 6
2.1船舶运动坐标系 6
2.2船舶运动数学模型 7
2.2.1船舶平面运动学方程 7
2.2.2船舶平面动力学方程 8
2.2.3水动力模型 8
2.3船舶运动的干扰模型 11
2.3.1风干扰模型 11
2.3.2浪干扰模型 1 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的背景和研究意义 1
1.2相关技术的国内外发展及现状 2
1.2.1船舶运动建模的发展及现状 2
1.2.2船舶在波浪中的运动特性的研究现状 3
1.2.3船舶运动仿真的发展及现状 4
1.3本文的主要研究内容 4
第二章 船舶操纵运动系统建模 6
2.1船舶运动坐标系 6
2.2船舶运动数学模型 7
2.2.1船舶平面运动学方程 7
2.2.2船舶平面动力学方程 8
2.2.3水动力模型 8
2.3船舶运动的干扰模型 11
2.3.1风干扰模型 11
2.3.2浪干扰模型 1 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
6
2.3.3流干扰模型 17
2.4船舶运动的总体数学模型 17
2.5本章小结 18
第三章 仿真系统总体设计 19
3.1研究意义 19
3.2平台设计 19
3.2.1需求分析 19
3.2.2概念模型 20
3.2.3设计方案 20
3.3工具开发 21
3.3.1虚拟仪器 21
3.3.2图形化编程语言Labview 22
3.3.3 Labview程序的设计方法 23
3.3.4 Labview的应用领域 24
3.4软件的实现 24
3.4.1软件介绍 24
3.5本章小结 25
第四章 仿真系统的设计和运行 26
4.1系统总体功能描述 26
4.2系统设计 26
4.2.1主程序模块 26
4.2.2参数、算法模块 29
4.2.3显示模块 31
4.2.4存储模块 33
4.3 仿真系统的运行 34
4.4本章小结 35
结论与展望 36
致 谢 38
参考文献 39
第一章 绪论
1.1课题的背景和研究意义
随着当今的科技和能源的发展需求,人们对石油,矿物的需求日益增加,也更加重视这方面的开发。海底勘探等各种海洋工程活动。海上运输业出现了船舶向大型化、多样化和高速化方向的发展。海上航道的密集也使船舶的操控越来越难,特别是化学品运输船、油轮等,若发生一些海上事故,会造成生态破坏、社会舆论等一些问题的出现。这也使我们对船舶运动操控的性能需求有了更高的要求。
为了提高船舶在航行时具有更高的安全性和经济性,系统在设计开发中需要经过多次下水实验,来验证船舶运动算法的有效性和控制系统的合理性。然而每次实验都要采集相应的数据进行处理分析,从中得到比较全面的性能评价,在此基础上对系统进行进一步的优化。
通过多次实验优化最终形成的成品系统,这种方法会使系统的开发周期变得很长,并且要花费大量的人力物力财力。就以上的情况,用计算机仿真技术来研究船舶运动已成为了一个必然的趋势。通过模拟不同的海面状况,对系统的算法进行仿真优化,对系统的算法进行仿真优化,不仅可以减少人力物力的浪费,还可以减少在水上实验次数,这样就降低了系统开发的时间和成本。
但是,我们发现在之前的仿真是很局限的,每次从建模(数学和环境)到模型的转换,一定要保证每一步的准确性,这样就会让我们用很多的时间在建模上;同时在数据分析中,每次都需要对数据和波形的分析。因此,在我们现在没有条件进行双机仿真和物理仿真的情况下,单机仿真技术对于我们初学者无非是一个很好的实验平台,这种仿真可以较为准确的建立船舶模型和环境模型来反映真实的对象。仅使用一台PC,利用仿真软件设计船舶运动仿真系统并进行仿真,实现船舶对环境干扰、控制的回应。这对我们研究在水中船舶的运动的系统和特征有着很大的影响和意义,主要体现在以下几点:
简化仿真流程
我们每次实验只需要用几个步骤就可以获得我们所需的数据,使工作人员不在浪费过多的时间在重复上这样没有意义的工作上,从而节约了时间、提高了效率。
(2)加快船舶运动控制器的开发
模块化与系统的容错性,使得我们可以依据需求,改变船舶模型和环境干扰的参数。这让仿真系统可以适用于不同类型船舶从而进行仿真的需求。
(3)更真实地模拟海洋环境
在计算机技术进步的脚步下,随着对流动现象的本质更加深入的了解认识,数值计算方式的优化,所获得的船舶运动仿真模型及数据也越来越精准,更有利于模拟真实的海洋环境和船舶的运动,反之,也可以使所构建的系统对验证算法更有利。
(4)增强实验的直观性
通常船舶运动姿态的记录方式是从运动参数或者向量的波形图,这些波形图一般只有专业人士才能看懂,并不适用于船舶运动的研究推广。根据虚拟实现技术所生成的直观显示仿真技术无非是一种新兴的方式带领我们去研究船舶运动。本系统通过计算机3D动画实现立体图像的构建,可以更为直观的显示船舶的运动和姿态,不仅能方便研究船舶运动,而且又能让人真实的融入其中,直观的做出合理的判断从而操控,因为其直观的界面和场景更改是普通人也可以看懂以往很难懂的情况,不仅使实验更直观,也对知识的小白化和偶记有着非常深远的意义。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑,转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/1516.html