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人工智人-家居设计-船舶智能自适应航迹舵的研究.pdf
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人工智人-家居设计-船舶智能自适应航迹舵的研究.pdf
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1.1船舶自动化概述
第1章绪
论
船舶自动化作为现代船艄的重要组成部分,包括以下三方面的内容:导航
自动化、机舱自动化和装载自动化。
中国作为世界第三造船大国,在船舶结构设计和制造方面,其技术和生产
能力与幽外没宵差距;然而扯最具商科技附加值的船舶自动化技术和产品上,
国内还无法跟国外竞争。由此使得,尽管每年我国造船总吨位量很大,但利润
偏低。
为了改变这一局面,国家经贸委组织实施了“大型、高附加值液货船(VICC)
国家重大引进技术消化吸收一条龙项目”。VICC是中国船舶工业总公司1994
年立项的十五军工一条龙项目,项目总投资12亿元人民币。一条龙项目入围单
位包括大连造船厂、大连造船新厂、大连船用柴油机厂、上海江南造船厂、上
海沪东造船厂和上海航海仪器总厂。上海航海仪器总厂作为其中船舶自动化部
分的项目负责单位,其引进、消化、吸收的目标就是以全面提升我国船舶自动
化产品在国外的竞争力为出发点的。上海交通大学是上海航仪厂的项目合作单
位。
耕}舶自动化各部分的组成结构如图1.1所示。
船舶自动化
I
l导航白动化l
l机舱白动化l
l装载自动化l
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南
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图1。1船舶自动化总体结构图
1.2在站期间的主要工作
本人在站期间,进行了以下研究工作:
1)刈本人住博土阶段从事六自由度运动仿真平台研究的主要结果进行总
结。
2)参加国家“九五”预研项目——“水面舰艇组合导航系统研究”的车载
试验和海上试验。
3)与卜海航海仪器总厂合作,”展国家经贸委下达的VICC一条龙项目中
船舶智能航迹舵的研制工作。完成原理样机一台。
第2章六自由度运动仿真平台理论总结
2.1课题研究的背景及意义
仿真(simulation)技术是以计算机硬件及相应的软件技术为基础,以现代
拧制沦与相似原理为方法,借助系统模型剥没想的或真实的系统进行解析或半
实物混合仿真试验研究的一门综合性新兴技术。工程技术人员可以充分利用各
种仿真设备在不同虚拟现实(Virtual
Reality)环境条件下对所研究的工程系统、
先进结构、设计思想及控制方法等进行仿真试验,从而代替繁重而昂贵的实际
试验并取得直接试验不可能取得的数掘和结果。因此它对于大型复杂的工程系
统羊l|管理系统J二程的概念验址、方案论证、预设计检验、试验分析、系统幻真
实际探索,甚至开发小灵境技术的应用等具有极为重要的关键指导作用。
航空仿真技术是随着仿真技术和航空事业的发展而同步发展起来的。航空
仿真技术正充分利用现代计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)
和计算机辅助试验(CAT)等技术而同步发展了起来,并成为改进飞行器设计、
优化结构中的最有力、最经济、最有效的一种试验手段和工具。航空仿真技术
小仪能朋f新型号b行器的力案论址、任务规划、工程设计、生产制造、学科
研究、战术研究,而且还可应用于故障诊断、飞行训练、维护和管理等。
飞行模拟器作为一种重要的航空仿真设备,与用真实飞机进行实际飞行试
验相比,具有可控性、无破坏性、经济性、可靠性等优点,尤其是在飞行模拟
器匕可以最安全的实现最危险的飞行科目的训练。六自由度运动系统是飞行模
拟器中~个非常重要的组成部分,它小仅给飞行员提供动感,并且对模拟座舱
起支撑作用。运动系统性能的优劣直接关系到飞行模拟器的运动模拟的逼真度。
因此,提高运动系统的性能是提高飞行模拟器运动模拟逼真度的关键因索之一。
当今的飞行模拟器多采用并联式六自由度运动平台作为其运动台体,它的
位置分析、运动学分析、动力学分析是设计平台、提高运动精度和运动模拟逼
真度的基础,因此对并联式运动平台的位置关系、运动学、动力学进行深入研
究,是提高飞行模拟器运动模拟逼真度、台体优化设计的关键技术。进入80
年代特别是90年代以来,六自由度运动平台又被越来越广泛地应用于机器人、
并联机床、空间交会对接(RVD)技术、航空航海设备摇摆模拟以及娱乐设施
上。因此,深入研究六自由度并联运动平台的运动学、动力学等基础理论具有
广泛的应用价值。
飞行模拟器是具有藿大绛济价值平|1
L41防战略意义的高精尖试验设备,目前
我国的飞行模拟器设计水平雨f制造水平与西方发达国家相比差距还相当大,因
此对飞行模拟器进行深入的理论分析和实验研究,尽快研制出性能优良的飞行
模拟器,提高我国的航空仿真技术水平,具有重大的理论意义和实际意义。
2.2飞行模拟器发展情况概述
2.2.1飞行模拟器的基本组成和功用
如图2-l所示,飞行模拟器主要由以下部分组成:
(1)模拟座舱
采川真实E机座舱,具秆与真实b机柏l司的操纵显示功能。
—。—。一一一+一一
一一—。一’
一
’
一
模
环境和体感仿真设备
I筌{2一l
E仃模拟器系统的组成
(2)操纵负荷系统
给飞行员提供操纵飞机时受力的感觉。
(3)仪表系统
显示飞机的运转状况和各种飞行参数。
(4)视景系统
视景系统产生座舱外的景象,它使飞行员有身临其境的感觉。
(5)音响系统
根据飞行状念,它给飞行员提供各种音响效果。
(6)运动系统
给飞行员提供动感,并且对模拟座舱起支撑作用。目前常采用六自由度运
动系统,它能模拟俯仰、横滚、偏航、纵向、横向、升降六个方向的运动感觉。
(7)计算机系统
计算机系统是飞行模拟器的核心,飞行模拟器各个系统的动力学模型编程
后在计算机系统中运行。
2.3飞行模拟器六自由度运动系统
运动系统是飞行模拟器中一个非常重要的组成部分,它不仅给飞行员提供
动感,并且对模拟座舱起支撑作用。在飞行模拟器发展的初级阶段,由于其功
能还很不完善,运动台的结构也比较简单。随着飞行模拟器的发展,各功能模
块精度的提高,运动系统的粗糙性就逐渐暴露出来了,简陋的运动系统不能完
成高精度的运动模拟,因此飞行模拟器对运动系统提出了更高的要求,由此飞
行模拟器运动系统从最初的单自由度发展到三自由度、四自由度直到现在的六
自由度运动系统。
2.3.1六自由度运动平台的结构特点
图2-2并联式六自由度平台结构简图
六自由度运动系统的结构形式最早是由Stewart.D于1965年提出的,其结
构简图如图2-2所示。到70年代初,美国NASA等研究中心公布了并联式六自
由度平台的研究成果之后,相继出现了装有六自由度运动平台的飞行模拟器。
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