一种船舶运动与主机推进网络控制仿真装置
阅读：1046发布：2020-05-15
专利汇可以提供一种船舶运动与主机推进网络控制仿真装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及一种综合考虑 船舶 操 舵 与主动 力 装置两方面因素的船舶运动与主机推进网络控制仿真系统，主要由船舶运动 虚拟现实 仿真场景、船舶柴油主机三维运动模型、自动操舵系统、集控室主机遥控系统及驾控台主机遥控单元、系统调度 服务器 和DCOM群组通信六部分组成。船舶运动虚拟现实仿真场景、船舶柴油主机三维运动模型、自动操舵系统、集控室主机遥控系统及驾控台主机遥控单元、系统调度服务器分别通过DCOM群组通信实现数据的相互连接。本实用新型可提高船舶运动控制效果；有利于防止柴油机过载和提高动力装置可靠性和经济性；提高 模拟器 的 精度 和船员的训练 水 平。，下面是一种船舶运动与主机推进网络控制仿真装置专利的具体信息内容。
所属技术领域
背景技术
船舶作为海上交通运输的重要工具，长期以来船舶主动力装置与航向控制两个系统是完 全独立的，而实际上，船舶主动力装置的控制与船舶运动密切相关，根据船舶操纵原理，舵 与水的相对速度越高，舵效就越明显。船速高时，操舵的控制作用效果显著；在船舶靠离泊 时，通常船速较低，这时仍需要频繁控制主机转速，使螺旋桨产生相对于舵叶的水流，以保 证操舵效果从而获得良好的船舶操纵特性。船舶柴油主机在额定负荷及其近旁工作点时效率 最高，此时主机运行于经济、稳定可靠的工作状态。当船舶转向时，舵要偏转一个角度，船 体在斜水流中前进，船舶阻力要比直线航行时明显增加，在相同的螺旋桨转速下，船速会降 低，螺旋桨特性曲线变陡，可能产生主机排烟温度升高、燃烧不完全，机械负荷超负荷的情 况，严重时可引起主机气缸套、气缸盖损坏。
以往对于船舶主机和操舵完全独立的控制方式，存在明显的局限性，若能实现这两个系 统的协调控制，既可实现船舶节能，又可减少对于船舶主机运行的不利影响，从而有利于取 得船舶运动控制的优化效果。
发明内容
本实用新型为实现船舶的综合节能优化控制并提高船舶系统的整体经济性，综合考虑船 舶操舵与主机两方面的因素，提出一种船舶运动与主机推进网络控制仿真装置。
本实用新型的技术方案是：一种船舶运动与主机推进网络控制仿真装置，主要由船舶运 动虚拟现实仿真场景1、船舶柴油主机三维运动模型2、自动操舵系统3、集控室主机遥控系 统及驾控台主机遥控单元4、系统调度服务器5和DCOM(Distributed Component Object Model) 群组通信6六部分组成。船舶运动虚拟现实仿真场景1、船舶柴油主机三维运动模型2、自动 操舵系统3、集控室主机遥控系统及驾控台主机遥控单元4和系统调度服务器5分别通过DCOM 群组通信6实现数据的相互连接。所述的船舶柴油主机三维运动模型2、自动操舵系统3、集 控室主机遥控系统及驾控台主机遥控单元4、系统调度服务器5和DCOM群组通信6由VC (Visual C++)开发，船舶运动虚拟现实仿真场景1由VC和WTK(World Tool Kit)混合编 程实现。系统调度服务器5利用逻辑时间和逻辑时间戳机制，采用一种同步启动调度策略对 船舶运动虚拟现实仿真场景1、船舶柴油主机三维运动模型2、自动操舵系统3和集控室主机 遥控系统及驾控台主机遥控单元4进行协调调度，实现各仿真子系统加入，仿真启动，仿真 运行、仿真结束控制。DCOM群组通信6通过构建DCOM群组通信6模型，采用一种动态和静 态调度相结合的集中式负载平衡解决方案，实现各仿真子系统的多点通信要求。
本实用新型的优点和有益效果是：能让用户实现对虚拟船舶航向和航速的网络控制，同 时给网络控制算法、实时调度算法等理论研究者提供一种实际的算法验证平台，提高船舶运动 控制效果；有利于船舶航行安全；有利于防止柴油机过载和提高动力装置可靠性和经济性； 有利于建立航海和轮机综合模拟器，提高模拟器的精度和船员的训练水平。
附图说明
图1是本实用新型的结构框图。
图中：1、船舶运动虚拟现实仿真场景，2、船舶柴油主机三维运动模型，3、自动操舵 系统，4、集控室主机遥控系统及驾控台主机遥控单元，5、系统调度服务器，6、DCOM群组 通信。
以往对于船舶主机和操舵完全独立的控制方式，存在明显的局限性，若能实现这两个系 统的协调控制，既可实现船舶节能，又可减少对于船舶主机运行的不利影响，从而有利于取 得船舶运动控制的优化效果。
发明内容
本实用新型为实现船舶的综合节能优化控制并提高船舶系统的整体经济性，综合考虑船 舶操舵与主机两方面的因素，提出一种船舶运动与主机推进网络控制仿真装置。
本实用新型的技术方案是：一种船舶运动与主机推进网络控制仿真装置，主要由船舶运 动虚拟现实仿真场景1、船舶柴油主机三维运动模型2、自动操舵系统3、集控室主机遥控系 统及驾控台主机遥控单元4、系统调度服务器5和DCOM(Distributed Component Object Model) 群组通信6六部分组成。船舶运动虚拟现实仿真场景1、船舶柴油主机三维运动模型2、自动 操舵系统3、集控室主机遥控系统及驾控台主机遥控单元4和系统调度服务器5分别通过DCOM 群组通信6实现数据的相互连接。所述的船舶柴油主机三维运动模型2、自动操舵系统3、集 控室主机遥控系统及驾控台主机遥控单元4、系统调度服务器5和DCOM群组通信6由VC (Visual C++)开发，船舶运动虚拟现实仿真场景1由VC和WTK(World Tool Kit)混合编 程实现。系统调度服务器5利用逻辑时间和逻辑时间戳机制，采用一种同步启动调度策略对 船舶运动虚拟现实仿真场景1、船舶柴油主机三维运动模型2、自动操舵系统3和集控室主机 遥控系统及驾控台主机遥控单元4进行协调调度，实现各仿真子系统加入，仿真启动，仿真 运行、仿真结束控制。DCOM群组通信6通过构建DCOM群组通信6模型，采用一种动态和静 态调度相结合的集中式负载平衡解决方案，实现各仿真子系统的多点通信要求。
本实用新型的优点和有益效果是：能让用户实现对虚拟船舶航向和航速的网络控制，同 时给网络控制算法、实时调度算法等理论研究者提供一种实际的算法验证平台，提高船舶运动 控制效果；有利于船舶航行安全；有利于防止柴油机过载和提高动力装置可靠性和经济性； 有利于建立航海和轮机综合模拟器，提高模拟器的精度和船员的训练水平。
附图说明
图1是本实用新型的结构框图。
图中：1、船舶运动虚拟现实仿真场景，2、船舶柴油主机三维运动模型，3、自动操舵 系统，4、集控室主机遥控系统及驾控台主机遥控单元，5、系统调度服务器，6、DCOM群组 通信。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细地描述：
如图1所示，本实用新型主要由船舶运动虚拟现实仿真场景1、船舶柴油主机三维运动模 型2、自动操舵系统3、集控室主机遥控系统及驾控台主机遥控单元4、系统调度服务器5和 DCOM群组通信6六部分组成。船舶运动虚拟现实仿真场景1、船舶柴油主机三维运动模型2、 自动操舵系统3、集控室主机遥控系统及驾控台主机遥控单元4、系统调度服务器5分别通过 DCOM群组通信6实现数据的相互连接。
一、船舶运动虚拟现实仿真场景1的设计与实现：该子系统由VC++和WTK混合编程实现。 仿真模拟的船舶是超巴拿马型第五代集装箱船5446TEU系列集装箱船，该集装箱船设备先进， 载重量大，最大航速达到27节，额定航速为24.5节。具体参数为船长280米，两柱间长267 米，船宽39.8米，船舶空载质量3.5453万吨，船舶满载质量6.5531万吨，设计吃水T12.532 米，满载吃水14.032米。WTK是World Tool Kit的缩写，为Sense8公司开发产品，它是一 个用于虚拟现实环境的软件工具包，通过以C/C++外挂平台的方式，为用户提供一个完整的 三维虚拟环境交互开发平台。
本实用新型中仿真模拟的船舶主机型号是KAWASAKI-MAN B&W 10L90MC MKD。它是立式二 冲程，单作用，十字头，直接可逆转，带废气涡轮增压和电动辅助鼓风机的船用柴油机。其 缸数10缸，缸径900mm，冲程2916mm，额定转速82r/min，营运转速79r/min，最大持续功 率MCR43100KW，正常服务功率NOR38790KW。制造厂商为KAWASAKI。其转向从飞轮端向前看为 顺时针。操纵方式为机侧/集控/驾控。增压器为3台，型号为KAWASAKI-MAN B&W NA70/TO9018。 电子调速器1台，是挪威NORCONTROL产品，型号为DGS-8800e。
二、船舶柴油主机三维运动模型系统2包括船舶大型低速柴油主机三维运动虚拟模型及 主机转速和船速等指针式虚拟仪表。该系统软件设计利用双线程技术，前台用于场景的显示， 后台应用DCOM群组通信6进行网络数据的接受和发送。
三、自动操舵系统3的设计与实现该子系统实现操舵控制功能及船舶运动数学模型的仿 真计算，包括操舵仪上的转舵轮控制界面和离线仿真时船舶航向、舵角变化的曲线示意图界 面，及其仿真模式、操纵方式、算法选择、参数设置等功能菜单。提供在线、离线两种仿真 模式。在线仿真时把船舶运动数学模型仿真计算得到的船舶航行位置和舵角等参数通过DCOM 群组通信6传输给船舶运动虚拟现实仿真场景1和集控室主机遥控系统及驾控台主机遥控单 元4。离线仿真时显示船舶航向、舵角变化的曲线示意图。
四、集控室主机遥控系统及驾控台主机遥控单元4的设计与实现：
该子系统包括集控室主机遥控系统界面、驾控台主机遥控单元界面和离线仿真时船舶主机 转速、船舶航速变化的曲线示意图界面，及其各项功能菜单。本实用新型提供在线、离线两 种仿真模式。如果用户选择在线方式，则可以通过集控室主机遥控系统界面右下角按钮选择 控制位置是在集控台还是驾控台。集控室主机遥控系统包含机舱集控台车钟和油门控制杆的 可视化界面，在这个界面中，操纵人员可以根据车钟的不同车令来改变油门的大小，从而控 制船舶柴油主机三维运动模型2中主机的转速，用户可以清楚地从三维可控主机场景中察觉出 主机转速的变化，而且在该场景的右上角和左上角分别设置了船舶航速和主机转速显示仪表， 并配有船舶机舱设备实时运行的音响效果，使用户产生身临其境的现场感。其中，车钟的初 始状态在STOP位置，向上(绿色)是前进，向下(红色)是倒车。驾控台主机遥控单元界面中， 操纵者将车钟调到某一个位置时，为通知集控台的操纵者，这时集控台的车钟就会有相应的 指示灯亮起，同样的，如果在集控台上操纵了车钟，以同样的方式通知驾控台的操纵者。
五、系统调度服务器5的设计与实现：系统调度服务器5负责对船舶运动虚拟现实仿真 场景1、船舶柴油主机三维运动模型2、自动操舵系统3、集控室主机遥控系统及驾控台主机 遥控单元4进行协调调度，实现各仿真子系统加入，仿真启动，仿真运行、仿真结束等控制。
六、DCOM群组通信6的设计与实现
为实现各子系统的多点通信要求，开发一种DCOM群组通信模型，并采用一种动态和静态 调度相结合的集中式负载平衡解决方案。该DCOM群组通信模型自下而上分为三层，底层为基 本的远程对象的过程调用，实现两节点间的通信；第二层为多点对话层，实现多节点间的通 信及管理；最上层为会话空间关联，用来界定相互通信节点的同一会话空间，协调各会话的 顺利进行。
如图1所示，本实用新型主要由船舶运动虚拟现实仿真场景1、船舶柴油主机三维运动模 型2、自动操舵系统3、集控室主机遥控系统及驾控台主机遥控单元4、系统调度服务器5和 DCOM群组通信6六部分组成。船舶运动虚拟现实仿真场景1、船舶柴油主机三维运动模型2、 自动操舵系统3、集控室主机遥控系统及驾控台主机遥控单元4、系统调度服务器5分别通过 DCOM群组通信6实现数据的相互连接。
一、船舶运动虚拟现实仿真场景1的设计与实现：该子系统由VC++和WTK混合编程实现。 仿真模拟的船舶是超巴拿马型第五代集装箱船5446TEU系列集装箱船，该集装箱船设备先进， 载重量大，最大航速达到27节，额定航速为24.5节。具体参数为船长280米，两柱间长267 米，船宽39.8米，船舶空载质量3.5453万吨，船舶满载质量6.5531万吨，设计吃水T12.532 米，满载吃水14.032米。WTK是World Tool Kit的缩写，为Sense8公司开发产品，它是一 个用于虚拟现实环境的软件工具包，通过以C/C++外挂平台的方式，为用户提供一个完整的 三维虚拟环境交互开发平台。
本实用新型中仿真模拟的船舶主机型号是KAWASAKI-MAN B&W 10L90MC MKD。它是立式二 冲程，单作用，十字头，直接可逆转，带废气涡轮增压和电动辅助鼓风机的船用柴油机。其 缸数10缸，缸径900mm，冲程2916mm，额定转速82r/min，营运转速79r/min，最大持续功 率MCR43100KW，正常服务功率NOR38790KW。制造厂商为KAWASAKI。其转向从飞轮端向前看为 顺时针。操纵方式为机侧/集控/驾控。增压器为3台，型号为KAWASAKI-MAN B&W NA70/TO9018。 电子调速器1台，是挪威NORCONTROL产品，型号为DGS-8800e。
二、船舶柴油主机三维运动模型系统2包括船舶大型低速柴油主机三维运动虚拟模型及 主机转速和船速等指针式虚拟仪表。该系统软件设计利用双线程技术，前台用于场景的显示， 后台应用DCOM群组通信6进行网络数据的接受和发送。
三、自动操舵系统3的设计与实现该子系统实现操舵控制功能及船舶运动数学模型的仿 真计算，包括操舵仪上的转舵轮控制界面和离线仿真时船舶航向、舵角变化的曲线示意图界 面，及其仿真模式、操纵方式、算法选择、参数设置等功能菜单。提供在线、离线两种仿真 模式。在线仿真时把船舶运动数学模型仿真计算得到的船舶航行位置和舵角等参数通过DCOM 群组通信6传输给船舶运动虚拟现实仿真场景1和集控室主机遥控系统及驾控台主机遥控单 元4。离线仿真时显示船舶航向、舵角变化的曲线示意图。
四、集控室主机遥控系统及驾控台主机遥控单元4的设计与实现：
该子系统包括集控室主机遥控系统界面、驾控台主机遥控单元界面和离线仿真时船舶主机 转速、船舶航速变化的曲线示意图界面，及其各项功能菜单。本实用新型提供在线、离线两 种仿真模式。如果用户选择在线方式，则可以通过集控室主机遥控系统界面右下角按钮选择 控制位置是在集控台还是驾控台。集控室主机遥控系统包含机舱集控台车钟和油门控制杆的 可视化界面，在这个界面中，操纵人员可以根据车钟的不同车令来改变油门的大小，从而控 制船舶柴油主机三维运动模型2中主机的转速，用户可以清楚地从三维可控主机场景中察觉出 主机转速的变化，而且在该场景的右上角和左上角分别设置了船舶航速和主机转速显示仪表， 并配有船舶机舱设备实时运行的音响效果，使用户产生身临其境的现场感。其中，车钟的初 始状态在STOP位置，向上(绿色)是前进，向下(红色)是倒车。驾控台主机遥控单元界面中， 操纵者将车钟调到某一个位置时，为通知集控台的操纵者，这时集控台的车钟就会有相应的 指示灯亮起，同样的，如果在集控台上操纵了车钟，以同样的方式通知驾控台的操纵者。
五、系统调度服务器5的设计与实现：系统调度服务器5负责对船舶运动虚拟现实仿真 场景1、船舶柴油主机三维运动模型2、自动操舵系统3、集控室主机遥控系统及驾控台主机 遥控单元4进行协调调度，实现各仿真子系统加入，仿真启动，仿真运行、仿真结束等控制。
六、DCOM群组通信6的设计与实现
为实现各子系统的多点通信要求，开发一种DCOM群组通信模型，并采用一种动态和静态 调度相结合的集中式负载平衡解决方案。该DCOM群组通信模型自下而上分为三层，底层为基 本的远程对象的过程调用，实现两节点间的通信；第二层为多点对话层，实现多节点间的通 信及管理；最上层为会话空间关联，用来界定相互通信节点的同一会话空间，协调各会话的 顺利进行。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 液压操舵装置及船舶 | 2020-05-14 | 403 |
| 动力转向装置 | 2020-05-27 | 987 |
| 利用天花板移动式透明显示器的船舶用增强现实系统及其实现方法 | 2020-05-16 | 574 |
| 高速船舶艉部截流器系统及控制方法 | 2020-05-20 | 619 |
| 带有冗余功能的线控转向式操舵装置的控制装置 | 2020-05-27 | 319 |
| 车辆用操舵装置及其制造方法 | 2020-05-13 | 401 |
| 一种船舶操纵与主推进联合控制模拟系统 | 2020-05-24 | 985 |
| 引航船型一体化驳船 | 2020-05-25 | 183 |
| 一种具有隔声隔振功能的舵机控制室 | 2020-05-14 | 895 |
| 一种用于极地航行船舶的驾驶室结构 | 2020-05-20 | 608 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
操舵室热门专利
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈