船舶转叶式舵机系统仿真与虚拟现实的实现

论文摘要

随着电子技术及信息技术的飞速发展及计算机技术的广泛应用,计算机仿真技术越来越引起关注。轮机模拟器是计算机仿真技术在航海领域的典型应用,其中舵机系统是其重要的组成部分。本文以大连海事大学“育鲲”号教学实习船的转叶式液压舵机为仿真对象,根据转叶式液压舵机的结构特点、工作过程以及操作要求,分析了转舵机构的转动原理和液压系统的特性,采用模块化和集中参数建模方法,通过机理分析,在一定简化条件下,建立了船舶液压舵机系统的动态数学模型。在已建立的动态数学模型基础上,通过采用Matlab/Simulink实时仿真工具对船舶舵机系统进行了仿真,建立了相应的动态仿真模型,采用了模块化建模方法,详细地介绍了搭建各个子模块的实时仿真模型的方法和过程;将各个子模块连接起来构成整个舵机仿真模型,将仿真结果与SOLAS公约对舵机的相关要求相比较,可知所建舵机数学模型符合SOLAS公约要求。在数学模型较为正确的基础上,利用Microsoft Visual C#.Net编程语言完成了船舶转叶式舵机仿真软件的设计。该仿真软件由两部分组成:人机交互界面和仿真模型。人机交互界面友好,通过界面显示操作过程和实时数据,通过仿真模型对舵机运动过程进行动态仿真,为界面提供需要实时显示的数据,响应界面做出的各种操作,并且对舵机操作和故障报警的记录。在最后,根据大连海事大学“育鲲”号教学实习船转叶式液压舵机为模型,运用Solidworks软件对其进行建模,实现舵机虚拟现实软件的开发。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 模拟器类型
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国内现状
• 1.3.2 国际现状
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 船舶转叶式舵机系统概述
• 2.1 转叶式液压舵机的组成及其工作原理
• 2.1.1 转叶式液压舵机的组成
• 2.1.2 转叶式液压舵机的工作原理
• 2.2 液压舵机转舵机构简介
• 2.3 操舵方式及舵机工作工况
• 2.3.1 船舶操舵方式
• 2.3.2 舵机操舵方式的应急转换和机组的选择
• 2.4 电动液压舵机主要技术要求
• 第3章 转叶式舵机数学模型的建立和仿真
• 3.1 船舶液压舵机系统的数学模型
• 3.1.1 液压油泵的模型
• 3.1.2 转叶式转舵机构的模型
• 3.1.3 舵叶的水动力学与舵角关系模型
• 3.1.4 伺服油缸的模型
• 3.2 基于MATLAB/SIMULINK转叶式舵机计算机仿真
• 3.2.1 MATLAB仿真工具SIMULINK
• 3.2.2 转叶式舵机SIMULINK仿真的实现
• 3.2.3 仿真结果分析
• 第4章 船舶舵机系统的仿真软件的设计与实现
• 4.1 开发环境与设计思想
• 4.1.1 开发的环境与系统结构
• 4.1.2 面向对象的设计思想
• 4.2 仿真软件界面设计
• 4.2.1 自定义控件库的创建
• 4.2.2 控件的设计
• 4.2.3 仿真界面及说明
• 4.3 仿真模型程序设计与实现
• 4.3.1 数学方法
• 4.3.2 程序实现
• 第5章 船舶转叶式舵机系统的虚拟现实的开发
• 5.1 虚拟现实研究简介
• 5.1.1 虚拟现实研究国内外现状
• 5.1.2 基于虚拟现实技术的轮机模拟器简介
• 5.1.3 三维模型构造软件的选择
• 5.2 舵机虚拟现实几何模型建立
• 5.2.1 转叶式舵机系统建模数据的采集和处理
• 5.2.2 转叶式舵机各部件的建模过程
• 5.2.3 转叶式舵机系统装配体模型的建立
• 第6章 结论与展望
• 6.1 研究结论
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间公开发表论文
• 致谢
• 研究生履历