基于Simulink的船舶运动模型的建立与仿真
水面舰艇运动仿真模型研究
水面舰艇运动仿真模型研究I. 前言1.1 研究背景与意义1.2 国内外研究现状1.3 研究目的与研究方法II. 水面舰艇运动仿真模型的建立2.1 船体运动方程的推导与分析2.2 舵面控制方程建立2.3 风浪扰动模型的建立2.4 噪声模型的建立III. 仿真模型的验证及精度分析3.1 运动数据采集与处理3.2 敏感性分析3.3 精度评价方法IV. 船艇行驶控制策略研究4.1 船舶航迹规划算法4.2 船艇动力系统控制策略4.3 船艇转向稳定性控制策略V. 实验验证5.1 实验系统设计与参数设置5.2 实验数据分析及结论5.3 实验结果的评价与分析VI. 结论与展望6.1 研究工作总结6.2 研究成果与创新点6.3 研究不足与展望6.4 研究方向的建议注：英文标题为：Research on simulation model of surface ship motionI. 前言1.1 研究背景与意义水面舰艇是现代海军的主力装备之一，具有作战、巡逻、救援等多种重要任务。
水面舰艇的运动特点往往受到水流、风浪、噪声等多种外界因素的影响，因此对其运动进行仿真研究，可以为舰艇的性能评价、控制策略制定、系统集成等方面提供重要参考和支持。
目前，国内外已有不少针对水面舰艇运动仿真模型的研究，主要集中在船体运动方程的建立、控制算法的设计和模型的精度验证等方面。
但在实际应用中，仍然存在一些问题，例如模型精度不够高、仿真效率较低等，需要进一步完善和优化。
因此，本文对水面舰艇运动仿真模型的研究具有重要的现实意义和科学价值。
1.2 国内外研究现状国外在水面舰艇运动仿真模型方面的研究已经比较成熟，主要涉及船体运动方程的建立、各种扰动因素的模拟、控制算法的设计等方面。
例如，美国、日本等发达国家的海军部门和船舶研究机构都在这方面进行了大量的研究工作，取得了一定的成果。
而国内的水面舰艇运动仿真模型研究相对落后，一些相关的研究工作主要集中在船舶气动力、流动噪声等方面，水面舰艇运动仿真模型的研究相对较少。
基于SimuWorks的船舶动力系统半实物仿真平台
船舶动力系统半实物仿真平台结构图管理主机设置训练的船型后，针对相应的训练课目，将船舶1号通风机电源2号通风机电源启 动停 止启 动停 止图4 操控人机交互界面图5 动力管系人机交互界面4 基于PLC的协同控制利用KingView实现船舶动力系统半实物仿真平台硬件设备系统的监控，可减少功能的细节实现和监控程序的架构关心，开发人员只要将组态功能予以组合并且赋予特殊的逻辑就能实现想要的功能。
平台开发过程中，首先需要的人机交互界面，其次定义所需的外部设备，然后定义内存变量和I/O变量。
内存变量用于服务于程序本身的运行，I/O变量则负责与外部设备进行数据交互。
PLC控制器从盘台中采集数据，存于实时数据库中，并将数据的变化发送给人机交互界面用动画的方式形象地表示出来；对控制设备输入信号，经仿真软件进行逻辑判断及仿真计算，通过PLC智能控制技术今 日 自 动 化34 ｜ 2021.1 今日自动化Intelligent control technologyAutomation Today2021年第1期2021 No.1SH753型管道式烘丝机利用气流干燥原理，靠短时高温的作用去除梗丝内多余的水分，使其膨胀的体积固定下来，使处理后的叶丝水份达到11%~14%，填充值大于6.0 cm 3/g ，以满足卷烟工艺要求。
1 原理简介气流干燥烘丝机的欧宝燃烧炉由炉本体、燃烧器、助燃风机、电气控制系统组成，在整个工艺加工流程中，燃烧炉提供烘丝所需要的热能。
设备使用要求：炉内温度高于100 ℃时，必须使用空压气进行冷却，保证燃烧器点火头部位（即火焰探测器）不至于长期处在在高温环境下，延长火焰探测器的使用寿命。
因此，炉头空压系统是烘丝机的稳定运行的保障，对其的维护至关重要。
2 原因分析位于梗线SH753烘丝机端部的燃烧器，其炉头部位工作温度要求为80 ℃，生产过程通过人工开取手动阀持续供给空压气进行冷却，使炉头温度在80 ℃上下浮动且不超过100 ℃，以保证烘丝机稳定运行。
基于MATLABsimulink的船舶电力系统建模与故障仿真【文献综述】
文献综述电气工程及其自动化基于MATLAB/simulink的船舶电力系统建模与故障仿真前言船舶电力系统是一个独立的、小型的完整电力系统，主要由电源设备、配电系统和负载组成。
船舶电站是船上重要的辅助动力装置，供给辅助机械及全船所需电力。
它是船舶电力系统的重要组成部分，是产生连续供应全船电能的设备。
船舶电站是由原动机、发电机和附属设备（组合成发电机组）及配电板组成的。
船舶电站运行的可靠性、经济性及其自动化程度对保证船舶的安全运营具有极其重要的意义。
船舶电力系统，作为一个独立的综合供电网络，既与陆上的大型供电网络有本质区别，又与由独立推进电站向推进电动机供电的情况不同。
首先，船舶电力系统的电源和负载具有可比性，一般来说，船舶推进功率通常占供电网络总功率的60%-70%甚至更大，这对负载和电源的管理、系统组成、配置以及运行控制和调度提出了更高的要求。
其次，在船舶电力系统中，以电力变换器与交流推进电动机的技术组合为核心的交流化技术得到了广泛的应用，而由此带来的电力谐波污染间题、变换器与电源以及传动系统之间的相互作用等问题，目前还缺乏有效的评估手段[1]。
船舶电力系统的建模方法有物理建模，数学建模，模块化建模。
常用的建模软件有matlab、lingo、Mathematica和SAS等。
MATLAB已经成为国际上最流行的科学计算与工程计算的软件工具，有人称它为“第四代”计算机语言，MATLAB 软件主要是由主包、Simulink和工具箱三大部分组成。
船舶电力系统的故障类型有短路，断路等故障。
船舶电力系统建模方法文献[2]采用了数学建模方法,根据柴油发电机组的动态特性,研究了船舶电力系统模型的结构和原理,建立了船舶电力系统模型,该系统可以仿真船舶电力系统的许多运行工况。
给出了发电机组正常起动过程和滑油泵、侧推器先后起动时滑油泵电缆发生三相接地故障的仿真过程,对电力系统的参数整定和安全策略的选取有一定的参考价值。
基于SIMULINK的船-机-桨建模与仿真
如图 ２ 所示 ， 将仿真数据曲线与理论上的分析比较可知，模型的建立和求解是正确的。由数据曲线分 析船舶在启航过程中的扭矩特性 ，得出与船舶操纵一样的结论 ：直接启车会对推进 系统造成潜在的转矩过 载和破坏性。图 ３ 和图 ４ 分别为船舶阻力 、推力、航速和转速对时间的曲线 （ 横坐标为时间 ｔ 单位 ｓ ｏ ，
力减额系数用 ｆ 表示。推力减额系数值与船型 、螺旋桨尺度 、负荷及与船体间的相对位置等 因素有关 ， 对 于单螺旋桨商船通常采用汉克歇尔公式近似得到 ：
ｆ ．０ 一０１ ＝０ ５ ． ２ （ ２） ２
１５ 柴 油机建模 ．
容积法模型可计算燃烧放热规律 、冷却损失 、扫气过程等复杂的缸内工作过程 ，在柴油机陛能预测方
和涡流阻力构成 ，由蓝波一 奥芬凯勒图谱给出。 （） ２ 作用于船体的横向流体粘性力和力矩 对于船体横向流体粘性力和力矩 ，Ｍ Ｇ 模型中将其分解为线性和非线性两部分。井上模型给出的表 Ｍ
达 式为
’、 ’ 】 十 ， ｙｔｔ＋ ／ Ｉ＋ ，一 （ ， ＝， ’ ｐＰ Ｙｔ， ’Ｉ ） ’ ． ＃ Ｐ Ｊ ． ．’ ’ Ｉ ＋ ｒ ’ ’Ｉ Ｉ ，
表 １ ７ ００ 散货 船参 数 ６ ０ｔ
≤ｂ ＿ ∞ ∞ ∞ ｌ 兽 ×
图 １ Ｉ ＩＮ ＳＭＵ Ｋ船机桨联合仿真模块 Ｉ
在直航前进加速工况下进行仿真，仿真数据如下 ：图 ２ 为螺旋桨扭矩与转速之间的关系
ｎ ｒ √ｐ
图 ２ 直 航加速 工况 下的螺旋 桨扭 矩与 转速 曲线
船舶向前航行时 ，附近的水收到船体的影响而产生运动 ， 这股水流称为伴流。伴流的存在使得船后螺 旋桨附近流场发生变化 ， 从而是产生的推力和扭矩与敞水桨不同。以上给出的是螺旋桨的敞水特性 ，但实
Matlab／Simulink仿真技术在舰船推进装置中的应用
收 稿 日期 ：０ ７Ｏ 一７ ２ ０ 一ｉ１
修 回 日期 ：０ ７０ —２ ２０ —２１
Ｄ—— 螺旋 桨 的直径 ；
． ， —— 螺旋 桨 的进程 比 ；
螺旋 桨 的螺距 角 ；
。— —
螺 旋桨 的进 速 。
机、 桨在 最佳状 态下 运行 ， 即实现 推进装 置 能量 的 最佳 转换 。因此 ， 舰 船 推 进装 置 的模 拟 仿 真 也 对
统） 。这 两个 体 系问 有 力 （ ） 能 量 的传 递 。力 距 和 （ ） 能量 与这 两个 体系 的共 同工 作状 态有 密切 距 和
的关 系 Ｌ 。
推进 装置 的性 能及 控制 规律 Ⅲ 。 １ ｊ
其中 ： ｒ Ｋ－ —— 螺旋 桨 的推力 系数 ；
ＫＱ —— 转矩 系数 ；
— —
１ 仿 真 实 例
１ １ 船机 桨数 学模 型 ．
螺 旋桨 的转 速 ； 水 的密度 ；
１ １１ 船 桨数 学模 型 ．．
船桨系统中包括推进装置的旋转运动和船的
Ｍａｌｂ Ｓｍｕｉｋ仿 真技 术 在 舰 船 ｔ ／ｉ ｌ ａ ｎ 推 进 装 置 中 的应 用
景 民， 陆金 铭
（ 苏科技 大学 机械 与动 力工程 学院， 苏 镇江 ２ ２ ０ ） 江 江 １０ ３ 摘 要： 采用 Ｓｍｕｉｋ软件构建舰船用柴 油机及其 控制系统模型和仿真 ， ｉ ｌ ｎ 很好地 解决 了柴 油机双机并 车
Ａｐ ｌ ａｉｎ ｏ ａｌｂ Ｓｍｕｉｋ ｉ ｅ ｉｎ ｏ ｈ ｐｉ ｔ ｆ ｔａ ／ ｉ ｌ ｎｄ ｓ ｆｔ ｅ ｃ ｏ Ｍ ｎ ｇ
ｐ ｏ ｕ ｏ ｅ ｉｅ ｏ ｒ ｈ ｐ ｒ ｐ ｌｉ ｎ ｄ ｖ ｃ ｆｗａ ｓ ｉ ｓ
船舶纵向运动控制模型的建立及仿真
船舶纵向运动控制模型的建立及仿真船舶纵向运动控制是指通过控制船舶的前进、停止、加速和减速等操作，以实现船舶在纵向方向上的运动控制。
在船舶设计和操作中，船舶纵向运动控制是至关重要的，它直接影响船舶的稳定性、操纵性和安全性。
船舶纵向运动控制模型的建立是实现有效控制的基础。
首先，需要建立船舶的动力学模型。
船舶的动力学模型包括船舶的质量、惯性、阻力等参数，以及船舶的推进力和阻力的数学描述。
通过对这些参数和力的数学表达式的建立和定义，可以得到船舶纵向运动的数学模型。
需要建立船舶的控制系统模型。
船舶的控制系统模型包括船舶的传感器、执行器和控制算法等组成部分。
传感器用于采集船舶的状态信息，执行器用于实施控制操作，控制算法用于根据传感器的反馈信息和控制目标进行调控。
通过对这些组成部分的建立和定义，可以得到船舶的控制系统模型。
基于船舶的动力学模型和控制系统模型，可以进行船舶纵向运动的仿真。
仿真是指通过计算机模拟船舶的运动过程，以验证船舶控制系统的性能和效果。
通过在仿真软件中输入船舶的初始状态和控制指令，可以得到船舶在不同条件下的运动轨迹和性能指标。
通过对不同控制策略和参数的仿真比较，可以优化船舶的控制系统，提高船舶的运动性能和安全性。
船舶纵向运动控制模型的建立和仿真在船舶设计和运营中起着重要的作用。
首先，它可以帮助船舶设计师评估和改进船舶的运动性能，优化船舶的动力系统和控制系统，提高船舶的航行效率和经济性。
其次，它可以帮助船舶操作员理解和掌握船舶的运动特性，提高船舶的操纵性和安全性。
最后，它可以为船舶自主导航和无人驾驶技术的发展提供基础和支持。
船舶纵向运动控制模型的建立和仿真是实现船舶纵向运动控制和优化的基础。
通过建立船舶的动力学模型和控制系统模型，并进行仿真分析，可以提高船舶的运动性能和安全性，优化船舶的控制系统，为船舶设计和运营提供支持和指导。
船舶纵向运动控制模型的研究和应用将继续推动船舶技术的发展和进步，为航海事业的发展做出贡献。
【开题报告】基于MATLABsimulink的船舶电力系统建模与故障仿真
开题报告电气工程及其自动化基于MATLAB/simulink的船舶电力系统建模与故障仿真一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义1、本课题国内外研究动态船舶电力系统是一个独立的、小型的完整电力系统，主要由电源设备、配电系统和负载组成。
船舶电站是船上重要的辅助动力装置，供给辅助机械及全船所需电力。
它是船舶电力系统的重要组成部分，是产生连续供应全船电能的设备。
船舶电站是由原动机、发电机和附属设备（组合成发电机组）及配电板组成的。
最近几年，船舶电站采用电子技术、计算机控制技术，实现船舶电站自动化和船舶电站的全自动控制，实现无人值班机舱。
船舶自动化技术正朝着微机监控、全面电气、综合自动化方向发展。
船舶电站运行的可靠性、经济性及其自动化程度对保证船舶的安全运营具有极其重要的意义。
国外的某些造船业发达的国家在二十世纪中叶就着手船舶电力系统领域的探索，在船舶电力系统稳态、暂态过程等方面进行了细致的研究。
近些年来，挪威挪控公司困.R.co咖l)、英国船商公司(TRANSS)、德国西门子公司(SIEMENS)、-日本三菱公司(MITSUBISHD等大公司开始进行船舶电力系统的建模与分析方面的研究工作。
国内针对船舶电力系统的研究起步相对较晚，虽然取得了一定成果，但在理论先进性、系统完整性等方面还存在一定差距，这也在一定程度上导致了目前国产船电设备与世界主要造船国家船电设备存在一定差距、装船率偏低等一系列问题。
目前,国内外最常用的建模软件有四中：分别是：matlab、lingo、Mathematica和SAS。
MATLAB用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。
Matlab开发效率高，自带很多数学计算函数，对矩阵支持好。
Lingo可以用于求解非线性规划，也可以用于一些线性和非线性方程组的求解等，功能十分强大，是求解优化模型的最佳选择。
基于Simulink的船舶运动模型的建立与仿真
摘要船舶运动数学模型是船舶运动仿真与控制问题的核心。
目前，船舶运动数学模型建模中主要有两大流派：以Abkowite为代表的整体型结构模型和日本拖曳水池委员会（JTTC）提出的分离型结构模型，简称MMG模型。
本文主要是对于船舶的回转运动进行研究，采用的是MMG模型。
根据13000T散货船的主要参数，通过计算求出所需的相关量，建立了船舶的线性响应型模型。
在此模型的基础上，利用MATLAB中的Simulink模块将此数学模型在该软件中建立一个仿真模型。
在Simulink中对建立的仿真模型进行运行得到船舶运动参数。
通过Simulink的外部模式将仿真结果变成实时输出数据，利用RS232发送并接受数据，用Visual C++连接数据库和RS232的数据提取，再利用Visual C++与SQL的接口读取数据，并通过OSG进行实现船舶回转运动的可视化虚拟仿真。
关键词：船舶回转运动；数学模型；Simulink；视觉仿真；OSGAbstractThe ship motion mathematical model is the problem’s core about the ship motion simulation and control. Currently, there are two major schools in the ship motion mathematical model’s modeling: the overall structure model represented by Abkowite and the separation of structure model referred to as the MMG model proposed by the Japan Towing Tank Committe e (JTTC). This article mainly research on the rotary movement of the ship, using the MMG model. Based on the 13000T bulk carrier’s main parameters, we obtain the required relevant amount by calculating. Then we establish the linear response model of the ship. On the basis of this model, we transfer this mathematical model into a simulation model with the Simulink module of MATLAB. In Simulink, we get the ship motion parameters through running the simulation model. Through Simulink’s external mode, we converse the simulation results into real-time output data, using a standard serial port RS232 to send and receive data. Then we use Visual C++ to connect the database with RS232 data extraction. Using Visual C++ interface with SQL to read database, and conducted by OSG to enable visualization of the ship turning motion of the virtual simulation.Keywords: ship turning motion；mathematical model；Simulink；visual simulation；OSG目录第一章绪论 (1)1.1 课题研究现状 (1)1.2 本课题的意义 (2)第二章响应型船舶运动数学模型的建立 (4)2.1 线性响应模型 (4)2.1.1 线性船舶运动数学模型的建立 (4)2.1.2 线性响应模型 (11)2.2 船舶运动的风、流干扰力数学模型 (12)2.2.1 风的干扰力数学模型 (13)2.2.2 水流的干扰力数学模型 (14)2.2.3 风和流共同作用下船舶的操纵模型 (15)2.3 模型参数的计算 (15)2.3.1 船舶质量与转动惯量的计算 (16)2.3.2 流体动力及流体动力导数的计算 (16)2.3.3 K、T、C的计算 (19)2.3.4 风、流模型中的参数计算 (19)第三章基于Simulink的船舶运动模型的建立与仿真 (21)3.1 Simulink的简介 (21)3.2 线性响应型船舶运动模型的建立 (22)3.2.1 流体动力模型的建立 (23)3.2.2 操纵性指数K、T模型的建立 (29)3.2.3 线性响应型船舶运动模型的建立 (30)3.3 风、流模型的建立 (31)3.3.1 风力模型的建立 (31)3.3.2 流力模型的建立 (34)3.3.3 附加舵角δ∆模型的建立 (34)3.4 模型的整合 (35)3.4.1 压缩子系统 (35)3.4.2 模型的组合 (36)3.5 仿真试验 (38)3.5.1 回转试验 (38)3.5.2 风对船舶运动影响 (40)3.5.3流对船舶运动的影响 (41)3.5.4 结论 (42)第四章Simulink与数据库的连接及视觉仿真的实现 (43)4.1 Simulink模型仿真结果的实时输出 (43)4.2 利用VC++连接数据库与RS232的数据提取 (44)4.3 利用0SG实现视觉仿真 (47)第五章结论 (51)5.1 存在的问题及解决方案 (51)5.2 发展前景 (51)致谢 (52)参考文献 (53)附录I (54)第一章绪论1.1 课题研究现状船舶运动控制以其重要性和复杂性仍然是国内外研究的热点领域。
基于MMG模型的船舶动态扇形自动搜寻模式
基于MMG模型的船舶动态扇形自动搜寻模式吕蒙蒙;张强【摘要】为提高海上搜救效率,提出一种基于船舶操纵运动数学模型研究小组(Ship Manoeuvring Mathematical Model Group,MMG)模型的船舶动态扇形自动搜寻模式.在充分考虑风、流等外界扰动影响的基础上,不需要额外进行风、流等漂流模型的推算,以Matlab软件中Simulink模块为工具进行仿真.仿真结果表明:在不依赖GPS船位的前提下,船舶的航向、舵角、航速均符合航海实践要求.该搜寻模式可提高应对海上突发事故的搜救能力,从而减少突发事故中的人员伤亡和财产损失.【期刊名称】《山东交通学院学报》【年(卷),期】2018(026)002【总页数】6页(P83-88)【关键词】海上搜救;扇形搜寻;MMG模型;仿真【作者】吕蒙蒙;张强【作者单位】山东交通学院航海学院,山东威海 264209;山东交通学院航海学院,山东威海 264209【正文语种】中文【中图分类】U676.83“海洋强国”和“一带一路”等国家战略的不断推进，为海运业的蓬勃发展带来了新的机遇，但同时也带来了一定的海上交通风险——海上事故时有发生[1]。
海上事故一般离陆地较远，专业救助设备无法及时到达现场，附近船舶成为救助的主要力量。
由于成本过高等原因，商船难以进行系统救助演习和训练。
随着计算机仿真技术的发展，借助精确的船舶运动数学模型模拟搜救行动[2]，在没有特殊救助设备和缺乏正常训练的条件下，普通商船也可以按照海上搜寻与救助的常规方法进行救助[3]。
国内外研究者针对海上搜救进行了大量的研究，研究较多的是基于全球定位系统(GPS)的海上搜寻方法。
文献[4-5]提出一种基于北斗卫星和自动识别系统(Automatic Identification System，AIS)通信系统的海上搜救方案，该方案在AIS无应答的范围内实现北斗网络系统的自动切换，并将SOS求救信号发送到北斗中心。
simulink建模与仿真流程
simulink建模与仿真流程我们需要在Simulink中创建一个新的模型。
打开Simulink软件后，选择“File”菜单中的“New”选项，然后选择“Model”来创建一个新的模型。
接着，我们可以在模型中添加各种组件，如信号源、传感器、执行器等，以及各种数学运算、逻辑运算和控制算法等。
在建模过程中，我们需要定义模型的输入和输出。
在Simulink中，可以使用信号源模块来定义模型的输入信号，如阶跃信号、正弦信号等。
而模型的输出信号可以通过添加显示模块来实现，如示波器模块、作用域模块等。
接下来，我们需要配置模型的参数。
在Simulink中，可以通过双击组件来打开其参数设置对话框，然后根据需求进行参数配置。
例如，对于控制系统模型，我们可以设置控制器的增益、采样时间等参数。
完成模型的配置后，我们可以进行仿真运行。
在Simulink中，可以选择“Simulation”菜单中的“Run”选项来运行仿真。
在仿真过程中，Simulink会根据模型的输入和参数进行计算，并生成相应的输出结果。
我们可以通过示波器模块来实时显示模型的输出信号，以便进行结果分析和调试。
在仿真过程中，我们可以通过修改模型的参数来进行参数调优。
例如，可以改变控制器的增益值，然后重新运行仿真，观察输出结果的变化。
通过不断调整参数，我们可以优化模型的性能，使其达到设计要求。
除了单一模型的仿真，Simulink还支持多模型的联合仿真。
通过将多个模型进行连接，可以实现系统级的仿真。
例如，我们可以将控制系统模型和物理系统模型进行连接，以实现对整个控制系统的仿真。
在仿真完成后，我们可以对仿真结果进行分析和评估。
Simulink提供了丰富的分析工具，如频谱分析、时域分析和稳定性分析等。
通过对仿真结果的分析，我们可以评估模型的性能，并进行进一步的改进和优化。
Simulink建模与仿真流程包括创建模型、添加组件、定义输入输出、配置参数、运行仿真、参数调优、联合仿真和结果分析等步骤。
船舶纵向运动控制模型的建立及仿真
船舶纵向运动控制模型的建立及仿真船舶纵向运动控制模型的建立及仿真船舶纵向运动控制是船舶自动化控制的重要组成部分，其目的是通过控制船舶的纵向运动，使船舶在海上行驶时能够保持稳定，提高航行安全性和舒适性。
本文将介绍船舶纵向运动控制模型的建立及仿真。
一、船舶纵向运动控制模型的建立船舶纵向运动控制模型的建立需要考虑船舶的物理特性和控制系统的设计。
首先，需要建立船舶的运动学模型和动力学模型，包括船舶的质量、惯性、阻力等参数。
其次，需要设计控制系统的结构和参数，包括控制器的类型、控制策略、控制参数等。
最后，需要将船舶的运动学模型和动力学模型与控制系统相结合，建立船舶纵向运动控制模型。
二、船舶纵向运动控制模型的仿真船舶纵向运动控制模型的仿真是验证控制系统设计的有效性和可行性的重要手段。
在仿真过程中，需要将船舶的运动学模型和动力学模型与控制系统相结合，模拟船舶在不同海况下的运动情况，并通过控制系统对船舶的纵向运动进行控制。
在仿真过程中，需要考虑以下几个方面的因素：1.海况模型：海况对船舶的运动有很大影响，需要建立适合的海况模型，包括风速、浪高、浪向等参数。
2.控制系统模型：需要建立控制系统的数学模型，包括控制器的类型、控制策略、控制参数等。
3.仿真算法：需要选择适合的仿真算法，如欧拉法、龙格-库塔法等。
4.仿真结果分析：需要对仿真结果进行分析，包括船舶的运动轨迹、速度、加速度等参数，以及控制系统的响应速度、稳定性等指标。
通过仿真，可以对船舶纵向运动控制系统进行优化和改进，提高船舶的航行安全性和舒适性。
总之，船舶纵向运动控制模型的建立及仿真是船舶自动化控制的重要组成部分，需要考虑船舶的物理特性和控制系统的设计，通过仿真验证控制系统设计的有效性和可行性，提高船舶的航行安全性和舒适性。
基于Simulink的船舶电力系统的仿真
车模 型， 以及一 次调频 和二次调频模 型 ， 利用上述模型进行了同步发电机并联运行 的仿真试 验。仿真结果验证 了所搭建的模 型的准确性 。 关键词
Ｃｌ ａ ｓ ｓ Ｎｕ ｍｂ ｅｒ ＴＭ ３ １ ４
１ 引 言
船舶电站是船舶 的重要 组 成部分 之～ ， 随着 我 国海 上 航运 事业 的不断发展 ， 船舶的大型化 、 高速化 和 自动化趋 势 日益 明显 。为满足船舶 高 负荷运 行工 况用 电量 的需 求 ， 如 靠离码 头、 进 出狭窄水道 等都要提高 电网的容量 ， 这通 常需 要发 电机并 联运行 。同步发 电机并 联 运行 时 ， 需 要进 行 同 期并列操 作以及调频调载 ， 将发 电机组安全 可靠 、 准确快 速
申 喜 唐
武汉
颖 魏 文轩 王 庆 红
４ ３ ０ ０ ６ ４ ） （ ２ ． 武 汉 科技 大 学 武汉 ４ ３ ０ ０ ８ １ ）
（ １ ． 中 国 舰 船 研 究 设 计 中心
摘
要
Hale Waihona Puke 同步发 电机 的并联 运行包括并车和负载转移过程 ， 通过利用 ＭＡＴＬ Ａ ＷＳ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ中的模块 ， 搭建 了同步发 电机 自动准同期并 同步发 电机 ；自动准 同期 ；一次调频 ；二次调频
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｓ ｙ ｎ ｃ ｈ ｒ ｏ ｎ ｏ ｕｓ ｇｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ ’Ｓ ｒ ｕ ｎ ｎ ｉ ｎｇ ｉ ｎ ｐ ａ ｒ ａ ｌ ｌ ｅ ｌ ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｅ ｓ ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｑ ｕ ａ ｓ ｉ — ｓ ｙ ｎ ｃ ｈｒ ｏ ｎｉ ｚ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ １ ｏ ａ ｄ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ． Ｔｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｌ
基于SIMULINK的舰船六自由度运动仿真
摘要：刚体 六 自由度运动仿真是飞机 、火箭 、导弹及舰船等载体运动仿真 的基础 ， 能较好 的反映 出刚体 的运动 本质。针对刚体六 自由度运动 ，介绍了三大常用坐标 系定义 ，在此基础 上建 立了舰船 六 自由度运动方程 ，利 用 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ ／ Ｓ Ｉ ＭＵ Ｌ Ｉ Ｎ Ｋ 的Ａ ｅ ｒ ｏ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ Ｔ具箱建 立了一般 刚体 的六 自由度仿真模 型并进行了两组对比仿真实验 ，实 验结果表明轴向高速旋转有助于保持舰 船法向和横 向的稳定性 。 关键词 ：刚体 ；六自由度 ； ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ ；Ｓ Ｉ ＭＵ Ｌ Ｉ Ｎ Ｋ 中图分类号 ：Ｔ Ｐ ３ ９ １ ． ９ 文献标识码 ：Ａ
（ １ ． ９ １ ３ ８ ８ Ｔ ｒ ｏ ｏ ｐ ｓ ｏ ｆ Ｐ Ｌ Ａ Ｚ ｈ ａ ｎ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ５ ２ ４ ０ ２ ２ ；
２ ． Ｎ ａ ｖ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｗ ｕ ｈ ａ ｎ ４ ３ ０ ０ ３ ３ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ） Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｅ ｒ ｉ ｉｄ ｇ ｂ ｏ ｄ ｙ ｓ ｉ ｘ — ｄ ｅ ｇ ｒ ｅ ｅ ｓ — ｏ ｆ － ｆ ｒ ｅ ｅ ｄ ｏ ｍ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ ｉ ｓ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ｉ ｓ ｓ ｉ ｌ ｅ 、
基于Simulink的船舶电力系统仿真研究
基于Simulink的船舶电力系统仿真研究作者：侯新国潘昕 冯源来源：《计算技术与自动化》2016年第01期摘要：针对传统用C++语言编写船舶电力系统模型的方法较为复杂的特点，将Simulink仿真与C++语言相结合，建立船舶电力系统基本模型。
根据Simulink仿真发电机模块与算法的特点，结合模拟训练中实时性的要求，对基本模型进行改进，构建两种适用于不同算法的船舶电力系统仿真模型。
仿真结果表明，定步长算法下的仿真模型可满足模拟训练实时仿真的要求；变步长算法下的仿真模型结合多项式拟合算法，可得到与实时仿真基本相同的结果。
因此，两种仿真模型均适合于基于模拟训练的船舶电力系统。
关键词：船舶电力系统；模拟训练；实时仿真中图分类号：TP183文献标识码：A1引言随着信息技术的发展，在船舶上，电力监控系统逐渐取代传统的人工手动控制。
船舶装备电力监控系统后，必须对船员进行相应的培训辅导，使其尽快掌握必要的基础知识和实际的操作技能。
由于C++语言的通用性，选择由C++语言开发船舶模拟训练系统[1]。
然而，对于船舶电力系统实时仿真模型，如果仅用C++语言编写，工作较为繁琐。
Matlab中Simulink工具提供了丰富的电力及电气系统元件模型，但是，基于Simulink的仿真属于伪实时仿真，其仿真时间并不与实际时间同步，其原因在于模型的复杂性使得软件无法在设定的时间范围内完成所有仿真过程。
而在模拟训练系统中，实时性是非常关键的。
因此，本文的重点在于如何将船舶Simulink模型转化为C++代码，并实现仿真的实时性。
文献[2-4]中通过Matlab提供的实时工作工具RTW将Simulink模型直接转化为C++程序，文献[5-6]更进一步，提出采用基于Windows平台的实时性扩展平台RTX。
但是，上述文献的基本代码转换方法对模型仿真算法有严格要求，在Simulink两种仿真算法中，RTW和RTX均只支持固定步长仿真算法的模型进行代码转换。
基于MATLAB的船舶运动控制实时仿真研究
式中，δ 为舵角，[XA YA NA] 为风力， [ X W 力，其余参数均为水动力系数。
YW
NW ] 为浪
2.2 考虑海流的运动学模型
图 1 船舶操舵控制综合仿真系统
考虑恒值海流，船舶运动学方程写为：
Abstract: To develop a ship motion control simulation platform, three degrees of freedom nonlinear ship motion model that considered wind, currents and wave was proposed. After designing circuits and programming with MATLAB, a real-time simulation platform was developed. It could simulate ship motion under different sea states and output real signal of rudder angle, heading and position. Connected with a track autopilot, several ship maneuvers simulative trials including turning circle, spiral maneuver, zig-zag maneuver were carried with different conditions like calm water, with sea currents and wave. How nonlinearity and environmental disturbances influence ship motion was analyzed. Trial results indicate that platform’s design is seasonable and its performance is reliable. It has been applied in a new autopilot development project successfully. Key words: ship motion control; nonlinear mathematical modeling; MATLAB; real-time simulation
基于Simulink的船舶运动控制的仿真研究
基于Simulink的船舶运动控制的仿真研究
林叶锦;任光
【期刊名称】《系统仿真学报》
【年(卷),期】2003(15)6
【摘要】在介绍水面船舶三自由度运动模型建立方法的基础上,利用Matlab的Sfunction建立了基于Simulink的Abkowitz非线性船舶运动模型,进行了船舶运动控制系统的仿真研究,并给出了仿真结果。
对船舶操纵性试验和船舶运动控制规律的研究具有实际意义。
【总页数】4页(P837-840)
【关键词】船舶;运动控制;仿真;Simulink;三自由度运动模型
【作者】林叶锦;任光
【作者单位】大连海事大学轮机工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U661
【相关文献】
1.基于Simulink/VR的智能小车运动控制仿真 [J], 王君
2.基于Simulink的船舶电力系统仿真研究 [J], 王思征;周生海;万晓光;宋江山;学小龙
3.基于Simulink的船舶电力系统仿真研究 [J], 侯新国;潘昕;冯源
4.基于Matlab/Simulink的港口AGV运动控制仿真 [J], 张越
5.基于Simulink的船舶推进系统仿真研究 [J], 刘世伟;陈海洲;
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摘要船舶运动数学模型是船舶运动仿真与控制问题的核心。
目前，船舶运动数学模型建模中主要有两大流派：以Abkowite为代表的整体型结构模型和日本拖曳水池委员会（JTTC）提出的分离型结构模型，简称MMG模型。
本文主要是对于船舶的回转运动进行研究，采用的是MMG模型。
根据13000T散货船的主要参数，通过计算求出所需的相关量，建立了船舶的线性响应型模型。
在此模型的基础上，利用MATLAB中的Simulink模块将此数学模型在该软件中建立一个仿真模型。
在Simulink中对建立的仿真模型进行运行得到船舶运动参数。
通过Simulink的外部模式将仿真结果变成实时输出数据，利用RS232发送并接受数据，用Visual C++连接数据库和RS232的数据提取，再利用Visual C++与SQL的接口读取数据，并通过OSG进行实现船舶回转运动的可视化虚拟仿真。
关键词：船舶回转运动；数学模型；Simulink；视觉仿真；OSGAbstractThe ship motion mathematical model is the problem’s core about the ship motion simulation and control. Currently, there are two major schools in the ship motion mathematical model’s modeling: the overall structure model represented by Abkowite and the separation of structure model referred to as the MMG model proposed by the Japan Towing Tank Committe e (JTTC). This article mainly research on the rotary movement of the ship, using the MMG model. Based on the 13000T bulk carrier’s main parameters, we obtain the required relevant amount by calculating. Then we establish the linear response model of the ship. On the basis of this model, we transfer this mathematical model into a simulation model with the Simulink module of MATLAB. In Simulink, we get the ship motion parameters through running the simulation model. Through Simulink’s external mode, we converse the simulation results into real-time output data, using a standard serial port RS232 to send and receive data. Then we use Visual C++ to connect the database with RS232 data extraction. Using Visual C++ interface with SQL to read database, and conducted by OSG to enable visualization of the ship turning motion of the virtual simulation.Keywords: ship turning motion；mathematical model；Simulink；visual simulation；OSG目录第一章绪论 (1)1.1 课题研究现状 (1)1.2 本课题的意义 (2)第二章响应型船舶运动数学模型的建立 (4)2.1 线性响应模型 (4)2.1.1 线性船舶运动数学模型的建立 (4)2.1.2 线性响应模型 (11)2.2 船舶运动的风、流干扰力数学模型 (12)2.2.1 风的干扰力数学模型 (13)2.2.2 水流的干扰力数学模型 (14)2.2.3 风和流共同作用下船舶的操纵模型 (15)2.3 模型参数的计算 (15)2.3.1 船舶质量与转动惯量的计算 (16)2.3.2 流体动力及流体动力导数的计算 (16)2.3.3 K、T、C的计算 (19)2.3.4 风、流模型中的参数计算 (19)第三章基于Simulink的船舶运动模型的建立与仿真 (21)3.1 Simulink的简介 (21)3.2 线性响应型船舶运动模型的建立 (22)3.2.1 流体动力模型的建立 (23)3.2.2 操纵性指数K、T模型的建立 (29)3.2.3 线性响应型船舶运动模型的建立 (30)3.3 风、流模型的建立 (31)3.3.1 风力模型的建立 (31)3.3.2 流力模型的建立 (34)3.3.3 附加舵角δ∆模型的建立 (34)3.4 模型的整合 (35)3.4.1 压缩子系统 (35)3.4.2 模型的组合 (36)3.5 仿真试验 (38)3.5.1 回转试验 (38)3.5.2 风对船舶运动影响 (40)3.5.3流对船舶运动的影响 (41)3.5.4 结论 (42)第四章Simulink与数据库的连接及视觉仿真的实现 (43)4.1 Simulink模型仿真结果的实时输出 (43)4.2 利用VC++连接数据库与RS232的数据提取 (44)4.3 利用0SG实现视觉仿真 (47)第五章结论 (51)5.1 存在的问题及解决方案 (51)5.2 发展前景 (51)致谢 (52)参考文献 (53)附录I (54)第一章绪论1.1 课题研究现状船舶运动控制以其重要性和复杂性仍然是国内外研究的热点领域。
船舶动态具有大惯性的特点，万吨级油轮的时间常数可达百秒以上，对动舵的响应缓慢，且操舵伺服子系统中存在着时滞和继电器特性等非线性因素，船速的变化和装载增减造成船舶质量、惯性矩、重心坐标发生变化，引起各种流体动力导数相应改变，最终导致船舶运动数学模型的参数甚至结构产生摄动，这就是让现研究者感到棘手的不确定性；同时，风、浪、流的存在也造成对船舶运动的附加干扰动力（风的低频干扰动力和浪的高频干扰动力），实质上这些干扰最终也转换成船舶模型的参数和结构的摄动，即干扰同样引起不确定性。
这正是当前船舶运动控制研究面临的主要问题之一：船舶运动控制系统表现出大干扰、时变、不确定，非线性的特点和随机的环境干扰。
另一方面，在对船舶运动进行闭环控制时，获得反馈信息的测量手段也不可能是完善的，一些重要的量测数据例如航向、船位等都有一定的误差，这就成为了船舶运动控制研究的另一主要问题：测量信息的不精确性，无强鲁棒性，传统控制策略的效果不能令人满意。
控制策略是船舶运动控制科学的主要研究对象。
从20世纪20年代到70年代，自动舵的PID算法延续了50年；70年代～80年代出现自适应控制并在自动舵商品化方面获得了成功，产生了明显的经济效益；90年代始，控制论的全面繁荣为船舶运动控制系统设计提供了诸多的新控制算法，如神经网络控制、模糊控制、多模态仿人智能控制、混合智能控制、H 鲁棒控制等都被不同程度地引入到自动舵研制之中，目前主要有以下几种控制策略：1、PID控制 2、自适应控制 3、变结构控制 4、当前流行的船舶运动控制算法，分为两类，一类为神经网络控制、模糊逻辑控制、混合智能控制；另一类为鲁棒控制。
船舶控制目标由航向控制到航迹控制，再到航速、航姿和航迹联和控制等，以实现复杂环境下的自动航行、自动靠泊等，要求越来越高。
在自动操舵仪产品设计开发和调试过程中，需要对新的控制算法以及相应的硬件电路的综台性能反复试验，不断改进，最终通过实船试验验证。
开发船舶运动控制仿真平台，模拟船舶操纵运动和各种海况，对控制算法和自动舵整体性能进行综合检验，无疑能显著加快开发速度，降低试验成本。
船舶运动控制的仿真有三种模式，即单机仿真、双机仿真(半物理仿真)和物理仿真。
前面两种都是先建立起船舶运动的数学模型，再对其进行控制仿真，成本较低，容易实现；而物理仿真则是利用缩尺模型代替实船进行各种实时控制实验，要求较大的资金投入，且不易实现。
而船舶运动数学模型是船舶运动仿真与控制问题的核心。
可以从不同的角度对系统数学模型加以分类，如下所示：1、静态模型和动态模型 2、确定性模型和不确定性模型 3、连续模型和离散化模型4、线性模型和非线性模型。
但是从实际应用上来看，以线性模型或非线性模型的区别为主要线索进行讨论是方便和有益的。
严格地说，任何一个实际系统都或多或少存在着非线性，不过从控制器设计的角度看，在大多数情况下都可以应用线性模型，因为闭环反馈控制能使系统的各种时间变量对于它们的平衡状态仅有较小的偏离。
船舶运动非线性模型用途广泛，实质都是基于这种模型可精确预报船舶操纵运动特性这一点。
船舶运动控制问题的两个重点研究领域是船舶运动控制器设计和船舶动态模型建立。
建立一个复杂程度适宜、精度满足要求的数学模型对于进行系统闭环性能研究是至关重要的。
太复杂和精细的模型可能包含难于估计的参数,也不便于分析. 过于简单的模型不能描述系统的重要性能。
近年来， Mathworks公司推出Matlab软件包被越来越多地运用于工程系统的仿真领域，尤其是其Simulink 模块具有超强仿真能力，引起了工程界广泛兴趣。
本文在状态空间型的船舶运动数学模型的基础上,给出了基于输入—输出信息构造的响应型船舶运动数学模型的系统性方法, 这种响应型模型仅考虑了过程线性影响。
然后建立基于Matlab ／Simulink的船舶运动模型，在此基础上对船舶的操纵性能进行仿真计算。
再通过Visual C++将得到的实时数据与数据库连接，利用Visual C++与SQL的接口读取数据，并通过OSG进行船舶运动的视觉仿真实验。
1.2 本课题的意义船舶运动控制是一个重要的研究领域，其最终目的是提高船舶自动化、智能化水平，保证航行的安全性、经济性和舒适性。
而船舶操纵性是船舶航行的重要性能之一, 对航运安全有非常大的影响。
特别是近年来, 随着海运的发展, 船舶的吨位急剧增大, 航速提高, 航运频繁,使船舶航运安全成为一个突出的问题。