基于HLA的船舶运动控制系统分布式仿真研究

论文摘要

高层体系结构(HLA)是新一代分布式交互仿真(DIS)体系结构,其根本目的是提高不同类型仿真应用的互操作性和仿真资源的可重用性。本文将高层体系结构技术应用于船舶运动控制系统的仿真中,将各项仿真任务分布到不同网络节点计算机上,实现了基于HLA的船舶运动控制系统的分布式仿真。论文介绍了分布式仿真的历程,然后概述了HLA技术的基本知识,展开讨论了HLA技术规范中定义的六大管理服务,特别着重对时间管理服务进行了研究和探讨,并给出了时间同步的解决方案。为了实现分布式仿真功能,将整个仿真系统划分为船舶运动、船舶运动控制、海洋环境以及航海部门四大部分。进而,建立了具有风浪流干扰下的船舶四自由度操纵运动数学模型、设计了船舶航向控制、以及基于谱分析的海洋环境(风、浪、流)的数学模型。同时,应用面向对象的程序设计方法,开发了HLA联邦成员软件框架程序,使得仿真对象模型与HLA的RTI运行环境支撑分离。最后,将开发的联邦成员在pRTI1516软件平台上进行调试,分别进行了船舶操纵性试验和船舶航向控制试验,得出和分析了仿真结果。充分地体现了HLA技术在船舶运动控制系统仿真中的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 课题的研究现状
• 1.2.1 船舶操纵运动的发展状况
• 1.2.2 船舶航向控制的发展状况
• 1.2.3 分布式交互仿真的发展状况
• 1.3 课题的主要工作
• 第2章 HLA技术基础知识
• 2.1 引言
• 2.2 HLA概述
• 2.3 HLA的规则
• 2.4 HLA的接口规范
• 2.4.1 联邦管理
• 2.4.2 声明管理
• 2.4.3 对象管理
• 2.4.4 时间管理
• 2.4.5 所有权管理
• 2.4.6 数据分发管理
• 2.5 对象模型模板
• 2.6 时间同步技术
• 2.7 本章小结
• 第3章 船舶运动控制系统的联邦成员建模
• 3.1 引言
• 3.2 船舶运动联邦成员数学模型
• 3.2.1 坐标系
• 3.2.2 操纵运动方程
• 3.2.3 附加质量和附加惯性矩的计算
• 3.2.4 船桨舵的水动力的计算
• 3.2.5 风浪流干扰力和力矩的计算
• 3.2.6 横摇力矩的计算
• 3.2.7 船舶操纵运动模型的验证
• 3.3 船舶运动控制联邦成员数学模型
• 3.3.1 传统PID自动舵的设计
• 3.3.2 基于GM（0，2）模型的灰色PID自动舵的设计
• 3.3.3 基于Backstepping逆推自适应鲁棒非线性自动舵的设计
• 3.4 海洋环境联邦成员数学模型
• 3.4.1 风的模型
• 3.4.2 浪的模型
• 3.4.3 流的模型
• 3.5 本章小结
• 第4章 船舶运动控制系统的联邦软件实现
• 4.1 引言
• 4.2 联邦设计
• 4.3 FOM/SOM的设计
• 4.4 联邦执行过程
• 4.5 联邦成员的程序实现
• 4.5.1 联邦管理的实现
• 4.5.2 声明管理的实现
• 4.5.3 对象管理的实现
• 4.4.4 时间管理的实现
• 4.6 本章小结
• 第5章 船舶运动控制系统的联邦仿真
• 5.1 引言
• 5.2 联邦仿真方法
• 5.3 联邦的集成与运行
• 5.4 联邦仿真结果
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢