船舶转叶式舵机系统仿真与虚拟现实研究
舵机是控制船舶运动的重要设备，其性能关系着船舶航行的安全性。传统的舵机噪音大、管路多、占地面积大、安装维护困难，难以满足当今社会对绿色船舶的发展要求。随着转叶式舵机密封难题逐渐被攻克，由于其具有结构紧凑、占地面积小、安装方便、管路少、噪音小、节能高效等特点，转叶式舵机在船舶上的应用正日益广泛，甚至有人预言转叶式舵机将是未来最有前景的舵机形式。 为了对转叶式舵机系统进行深入地分析和研究，以海洋工程船“海洋石油681”上的转叶式液压舵机系统为研究对象，对其进行了数学建模，并设计开发了转叶式舵机仿真软件。舵机系统数学模型包括变频调速单元数学模型、液压动力机构数学模型、舵叶的水动力学模型、位移传感器数学模型等。所有数学模型均在Matlab/Simulink中进行了仿真验证，符合SOLAS公约对船舶舵机的相关要求。 仿真系统包括二维仿真系统和三维虚拟场景。二维仿真系统是在舵机系统数学模型的基础上用C＃语言开发的，包括用户界面层、数据层、逻辑层等三层结构。用户界面层是程序的可视化显示，用来响应界面做出的各种操作，显示系统实时数据、参数变化、故障报警，并监视模型程序的状态;数据层用于存储舵机运行的数据;逻辑层负责整个舵机系统运行规律的模拟和运算，舵机的模型仿真程序即属于该层。三维虚拟场景是基于实船的场景资料，利用3ds Max三维建模软件构建的。将渲染好的三维场景模型转换格式后导入到Unity3D虚拟现实三维引擎，调整好灯光等显示效果后，添加相关组件并编写脚本后实现三维虚拟场景的漫游和操作。最后基于UDP通讯协议实现了二维仿真系统和三维虚拟场景的数据通讯，并通过共享模型数据，使二者中对应对象的状态及参数保持同步。 本课题设计开发的转叶式液压舵机仿真系统具有较高的精确性，与实船数据相近，符合公约的相关要求，可以用于船舶舵机系统的教学培训，也可作为转叶式舵机控制性能的研究平台。
船舶转叶式舵机;液压动力;变频调速;舵叶水动力;虚拟现实技术
大连海事大学
硕士
轮机工程
张均东
2016
中文
U664.41
83
2016-08-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）