基于matlab、c++和vega的減搖鰭控制系統(tǒng)視覺仿真

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1、維普資訊http://www.cqvip.com陳寧，等：基于MATLAB、c++和Vega的減搖鰭控制系統(tǒng)視覺仿真基于MATLAB、C++和Vega的減搖鰭控制系統(tǒng)視覺仿真陳寧，余純，佘建國(1．江蘇科技大學機械與動力學院，江蘇鎮(zhèn)江212003；2．鎮(zhèn)江海事局，江蘇鎮(zhèn)江212015)2系統(tǒng)原理提要針對船舶減搖鰭系統(tǒng)，運用PID控制理論設計了控制器，利用MATIAB的強大數(shù)學運算能減搖鰭控制的視覺仿真系統(tǒng)，是一個由MAT—力模擬隨機海浪對船舶在海浪及鰭的作用下的影響，LAB、C++和Vega三種軟件相結(jié)合，利用MAT—將C++作為中間

2、環(huán)節(jié)，實現(xiàn)MATLAB與Vega之間IAB的強大計算能力作為后臺進行實時計算平臺，的數(shù)據(jù)傳輸，從而實現(xiàn)減搖仿真的視覺效果。該仿真利用可視化軟件Vega作為前臺支撐，通過C++接系統(tǒng)令人滿意?？趤韺崿F(xiàn)前后平臺問的數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)南到y(tǒng)。整個關鍵詞橫搖減搖鰭計算機模擬視頻信號系統(tǒng)的原理結(jié)構如圖1所示。中圖分類號U671文獻標識碼B1引言MATLAB廠=_仁船舶在海上航行，由于受到風、浪以及海流等海圖l系統(tǒng)原理圖洋環(huán)境的作用，不可避免地要產(chǎn)生橫搖。減搖鰭是減小船舶橫搖的一種有效裝置，它采用力矩對抗原利用MATLAB對不同海況下的波傾角進行數(shù)理設

3、計，利用鰭產(chǎn)生的扶正力矩抵抗海浪產(chǎn)生的橫學仿真計算，模擬海浪的波動狀態(tài)，將仿真的結(jié)果通搖力矩來達到減搖目的。目前，減搖鰭控制系統(tǒng)普過c++開發(fā)的接口程序傳輸?shù)絍ega驅(qū)動的由遍采用鰭角反饋控制方法，通過鰭角與升力之間復Creator建立的NJ5型減搖鰭工作母船仿真幾何模雜的關系來實現(xiàn)船舶的減搖。型，通過Vega驅(qū)動程序設置工作母船初始參數(shù)，使MATIAB是由美國MathWorks公司推出的其在計算機屏幕上產(chǎn)生橫搖視覺效果，同時利用一套高性能數(shù)值計算和可視化數(shù)學軟件。MAT—C++讀取在Vega驅(qū)動下工作母船仿真幾何模型LAB不僅提供了

4、一個人機交互的數(shù)學系統(tǒng)環(huán)境和橫傾角，通過MATIAB進行工作母船仿真幾何模豐富可靠的矩陣運算函數(shù)，而且還增加了圖形圖像型在NJ5型減搖鰭作用下的減搖數(shù)學仿真計算，并處理功能、聲音處理功能、數(shù)據(jù)處理功能、Windows將計算的反饋值通過C++接口傳給Vega驅(qū)動程圖形用戶界面設計功能等。MATLAB提供了優(yōu)秀序，控制NJ5型減搖鰭工作母船仿真幾何模型的橫的控制系統(tǒng)模型圖形輸入方法與仿真線性化分析工傾角，從而實現(xiàn)減搖鰭控制過程的減搖視覺仿真具Simulink，使得一個復雜系統(tǒng)的模型輸入變得相效果。當容易且直觀。Vega是一套完整的用于開發(fā)

5、交互式實時可視3仿真模型的研究化仿真應用軟件的平臺，其基本的功能是驅(qū)動、控3．1控制系統(tǒng)各模塊的傳遞函數(shù)制、管理、虛擬場景，并支持快速復雜的視覺仿真程如上所述，通過海浪的波傾角的研究，可以構建序，快速創(chuàng)建各種實時交互的三維環(huán)境。整體而言，起圖2所示的減搖鰭模糊控制系統(tǒng)結(jié)構。Vega具有易用性、高效性、集成性、可擴展性、跨平從圖2可以看出，如果船舶橫搖運動角度較小，臺一l生。則可以應用線性橫搖理論來分析船舶橫搖運動。依照Conolly的理論，船舶線性橫搖可表示為：作者簡介：陳寧(1963一)，男，副教授。維普資訊http://www.c

6、qvip.com造船技術2008年第1期(總第281期)圖2控制系統(tǒng)原理圖+AI)j54-2N，j5+Dhj5一環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)為：G(S)400s(5)(AI2+2N(=f+Dlza1)，(1)式中J和△J分別為相對于通過船舶重心的縱軸角速度陀螺儀測量到的航行中的船舶橫搖角速慣量和附加慣量；2N為每單位橫搖角速度的船舶度信號經(jīng)放大器放大，驅(qū)動下一級器件。NJ5型減阻尼力矩；j5為橫搖角速度；D為船舶排水量；h為搖鰭設計說明書中所取的前置放大器的傳遞函橫穩(wěn)心高；a和a!分別為對于波傾角速度和波傾角數(shù)為：加速度的有義波傾角。G)一麗，(6

7、)實驗證明，在式(1)中，等號右邊三項橫搖力矩式中KQ可調(diào)。中的△J和2N厶兩項數(shù)值比Dha項要小得多，放大器輸出的信號傳遞給系統(tǒng)控制器，這里采所以在一般應用中，僅考慮Dlza對船舶橫搖的作用理想的控制器作為系統(tǒng)對NJ5型減搖鰭的控制用，所以式(1)寫為：器。理想的控制器具有如下形式：(J+△J)j5+2Nj5+Dhj5一Dha、(2))一一+K+。(7)式中J為橫搖轉(zhuǎn)動慣量；AI為附加轉(zhuǎn)動慣量；2N．為橫搖阻尼系數(shù)；D為船舶排水量；h為船的橫穩(wěn)心由于該PID控制器易積分漂移和干擾比較大，高；j5為橫搖角；a為有效波傾角。在初始條件為

8、零實際使用時須從以下兩個方面加以改進。的條件下對式(2)進行拉氏變換，有：(1)考慮到微分環(huán)節(jié)極易受高頻信號干擾。為此采用間接微分環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)為：Go㈩一一㈦G％，(8)式中T。一-X／Dh；式中T¨_一0．064；T