小型船舶运动模拟器研究

论文摘要

船舶运动模拟器是模拟船舶海上航行摇摆条件的重要设备,它可以在实验室模拟船舶海航时的摇摆状态,为船舶仪器设备提供动态性能和静态性能试验条件。与船舶在海上航行试验相比,它具有可控性、无破坏性、经济性等优点,以并联六自由度运动平台为代表的大型船舶运动模拟器的研制及应用受到广泛重视,同时小型船舶运动模拟器的研究也开始受到关注。小型船舶运动模拟器具有精度高、成本低、研制周期短等优点,进行其相关理论的深入研究和设计性能优越的船舶运动模拟器对提高我国船用设备技术水平具有重要意义。本论文是以空间坐标变换理论、模拟器的位置正解、逆解理论以及空间机构自由度理论为出发点,研究了小型电动式船舶运动模拟器的设计方案;针对小型运动模拟器进行了运动学分析,并且为验证结构的合理性和数学模型的正确性,使用ADAMS工程仿真软件对其进行了运动仿真。在运动模拟器的控制上采用了以MPC02控制卡为核心的模块化控制技术,它与PC机构成了主从式控制结构:PC机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面工作,MPC02卡完成运动控制的所有细节,大大提高了系统的可靠性,缩短了运动模拟器的研制周期。最后,对模拟器的控制系统样机进行了试作,尝试了同时控制三个驱动滑块在直杆丝杠上的多种形式运动,验证了船舶运动模拟器控制系统的可行性,为小型船舶运动模拟器的研制提供经验

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 国外研究现状
• 1.1.2 国内研究现状
• 1.2 研究目的与意义
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 船舶运动模拟器基础理论
• 2.1 引言
• 2.2 空间坐标变换理论
• 2.2.1 刚体的位姿表示
• 2.2.2 坐标变换
• 2.3 船舶运动模拟器机构的空间位置关系
• 2.3.1 模拟器位置逆解
• 2.3.2 模拟器位置正解
• 2.4 空间机构自由度理论
• 2.5 本章小结
• 第3章 船舶运动模拟器方案设计
• 3.1 引言
• 3.2 模拟器结构方案设计
• 3.3 模拟器运动学分析
• 3.4 模拟器运动仿真
• 3.4.1 ADAMS软件简介
• 3.4.2 仿真分析步骤
• 3.4.3 仿真模型建立
• 3.4.4 仿真分析与调试
• 3.5 本章小结
• 第4章 船舶运动模拟器控制系统
• 4.1 引言
• 4.2 计算机控制系统
• 4.2.1 MPC02控制卡
• 4.2.2 其它元件功能
• 4.3 运动控制系统
• 4.3.1 步进电机控制系统
• 4.3.2 数字式交流伺服控制系统
• 4.3.3 控制策略研究
• 4.4 计算机控制系统软件设计
• 4.4.1 体系结构
• 4.4.2 运动流程控制
• 4.4.3 算法分析
• 4.4.4 软件的人机交互界面设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 控制系统原理样机实验
• 5.1 引言
• 5.2 控制系统样机构成
• 5.3 控制系统软件开发
• 5.3.1 开发环境简介
• 5.3.2 控制窗口
• 5.3.3 控制程序实现
• 5.4 控制实验
• 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