船舶運(yùn)動(dòng)控制及其虛擬現(xiàn)實(shí)仿真的研究.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟(jì)全球化和我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,中國已經(jīng)成為在世界上具有重要影響的航運(yùn)大國。船舶航行的安全和經(jīng)濟(jì)性越來越受到重視,進(jìn)行船舶運(yùn)動(dòng)控制的研究,對(duì)于實(shí)現(xiàn)船舶運(yùn)行“安全、高效、節(jié)能和環(huán)保”的目標(biāo),具有重要意義。
　　 本文以大型集裝箱船為對(duì)象,建立了船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型,并對(duì)其航向控制策略進(jìn)行仿真計(jì)算研究,最后完成船舶運(yùn)動(dòng)控制虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)。本文的主要研究工作如下:
　　 (一)基于MMG建模機(jī)理,分別考慮作用于船體、螺旋

2、槳、舵上的流體動(dòng)力和力矩及它們之間的相互干涉影響,并考慮海風(fēng)、海流等外界干擾力和力矩的影響,建立了船舶的三自由度平面運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型。以中海集團(tuán)的9572TEU集裝箱船為例,對(duì)船舶進(jìn)行了旋回計(jì)算,對(duì)比實(shí)船操縱試驗(yàn)數(shù)據(jù),驗(yàn)證了所建立的船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型仿真結(jié)果的有效性。
　　 (二)作者研究了船舶自動(dòng)舵的控制算法,對(duì)于PID控制器,引入繼電反饋法對(duì)其進(jìn)行參數(shù)整定。在此基礎(chǔ)上,將RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID算法結(jié)合,通過辨識(shí)被控對(duì)象在線調(diào)整PI

3、D參數(shù)。在不同航速和海況下,對(duì)兩種控制器進(jìn)行仿真驗(yàn)證,基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制器相比傳統(tǒng)PID控制器,快速性更好,且舵角輸出更小,更平緩,有利于船舶節(jié)能和減小舵機(jī)磨損。
　　 (三)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)控制進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真,在虛擬海洋環(huán)境場(chǎng)景中,船舶三維實(shí)體模型可實(shí)時(shí)顯示在進(jìn)行航向控制時(shí)的姿態(tài)的變化,且可在數(shù)字儀表中觀察船舶在轉(zhuǎn)向過程中船速、舵角和航向的變化,更加直觀地觀察到船舶轉(zhuǎn)向時(shí)的相關(guān)參數(shù)的變化過程及相互影響