基于ogre的船舶柴油機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于OGRE的船舶柴油機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)，包括：模擬船舶集成控制室內(nèi)全部操作的集成控制單元，內(nèi)部設(shè)有船舶推進(jìn)裝置仿真模塊的仿真模擬處理單元以及顯示所述仿真模擬處理單元輸出結(jié)果的動(dòng)態(tài)顯示單元；通過(guò)所述的集成控制單元下達(dá)船舶的控制參數(shù)，所述的仿真模擬處理單元根據(jù)所述的控制參數(shù)和從所述數(shù)據(jù)庫(kù)單元中調(diào)取的船舶柴油主機(jī)的初始工作參數(shù)，輸入內(nèi)部構(gòu)建的船舶主機(jī)仿真模型，得出當(dāng)前船舶主機(jī)的工作狀態(tài)并在所述的動(dòng)態(tài)顯示單元上顯示。能夠使操作人員虛擬操控船舶主柴油機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、停車和加減速運(yùn)轉(zhuǎn)等，實(shí)時(shí)顯示船舶主柴油機(jī)的工作特性曲線，達(dá)到模擬駕駛船舶和在機(jī)艙操縱船舶的目的。
【專利說(shuō)明】
基于OGRE的船舶柴油機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種基于0GRE的船舶柴油機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)。涉及專利分類號(hào)G01 測(cè)量;測(cè)試G01M機(jī)器或結(jié)構(gòu)部件的靜或動(dòng)平衡的測(cè)試;其他類目中不包括的結(jié)構(gòu)部件或設(shè) 備的測(cè)試G01M15/00發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)試G01M15/04內(nèi)燃機(jī)測(cè)試，例如，活塞發(fā)動(dòng)機(jī)診斷測(cè)試。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著計(jì)算機(jī)硬件、三維圖形技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，逼真的三維視覺(jué)世界正 在逐步走入人們的生活，它給人們呈現(xiàn)的夢(mèng)幻般的境界，正在引起人們的廣泛關(guān)注，建立三 維視圖體系并進(jìn)行推廣和發(fā)展已經(jīng)成為當(dāng)前技術(shù)的熱門領(lǐng)域。
[0003] 本發(fā)明的顯示系統(tǒng)采用低端的設(shè)備架構(gòu)立體顯示系統(tǒng)和分布式圖形處理與數(shù)學(xué) 物理模型計(jì)算系統(tǒng)，利用移植性較強(qiáng)的0GRE圖形引擎克服了傳統(tǒng)0PENGL以及Direct3D開(kāi)發(fā) 周期長(zhǎng)、難度大的缺點(diǎn)，解決了使用〇penGVS、Vega等商業(yè)引擎開(kāi)發(fā)成本過(guò)高，必須在高端的 物理平臺(tái)上運(yùn)行，不利于產(chǎn)品推廣的問(wèn)題，具有更強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
[0004] 本發(fā)明構(gòu)建的船舶柴油機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)，目的是搭建船舶柴油主機(jī)控制仿真 平臺(tái)，可以在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境驗(yàn)證船舶柴油機(jī)模型的正確性、作為研究船舶柴油動(dòng)力裝置控制、 船舶航向和主推進(jìn)聯(lián)合控制的組成部分;與綜合船橋IBS(Integrated Bridge System)連 接，研究船舶綜合自動(dòng)化系統(tǒng);作為新型輪機(jī)模擬器的主機(jī)遙控部分。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)以上問(wèn)題的提出，而研制的一種基于0GRE的船舶柴油機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真 系統(tǒng)，包括：
[0006] 模擬船舶集成控制室內(nèi)全部操作的集成控制單元，該單元還包括顯示船舶主機(jī)工 況的儀表；
[0007] 存儲(chǔ)船舶和船舶柴油主機(jī)的初始工作參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)單元；
[0008] 內(nèi)部設(shè)有船舶推進(jìn)裝置仿真模塊的仿真模擬處理單元以及顯示所述仿真模擬處 理單元輸出結(jié)果的動(dòng)態(tài)顯示單元；
[0009] 工作時(shí)，通過(guò)所述的集成控制單元下達(dá)船舶的控制參數(shù)，所述的仿真模擬處理單 元根據(jù)所述的控制參數(shù)和從所述數(shù)據(jù)庫(kù)單元中調(diào)取的船舶柴油主機(jī)的初始工作參數(shù)，輸入 內(nèi)部構(gòu)建的船舶主機(jī)仿真模型，得出當(dāng)前船舶主機(jī)的工作狀態(tài)并在所述的動(dòng)態(tài)顯示單元上 顯示，完成船舶以及船舶柴油主機(jī)的虛擬顯示仿真；
[0010] 所述的船舶推進(jìn)裝置仿真模塊內(nèi)部構(gòu)件有船體-柴油機(jī)-螺旋槳?jiǎng)討B(tài)數(shù)學(xué)模型，該 模型包括相互關(guān)聯(lián)的船舶運(yùn)動(dòng)微分方程和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速微分方程；
[0011] 船舶運(yùn)動(dòng)微分方程為：
[0013]其中，mship為船舶質(zhì)量，mw是船體附連水質(zhì)量，￥3是船速，T prcip是螺旋槳的有效推 力，RshiP為船舶阻力；
[0014]柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的微分方程為柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的微分方程為：
[0016] 其中，I是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，Mshaft是柴油機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，Mpr〇P為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，Mfric是柴油機(jī)與 軸系因機(jī)械摩擦而損失的轉(zhuǎn)矩。
[0017] 作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述的船舶螺旋槳的有效推力T_P和負(fù)載轉(zhuǎn)矩MprcipS:
[0022] 其中，p為海水密度，t為推力減額系數(shù)，乂3是螺旋槳進(jìn)速，n是主機(jī)轉(zhuǎn)速，k、KdPKd^ 為隨航行條件變化而變化的系數(shù)。
[0023] 作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述的仿真模擬處理單元內(nèi)部還具有柴油機(jī)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)仿真模 塊，該模塊內(nèi)部構(gòu)建有柴油機(jī)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型，模型至少包括柴油機(jī)指示功率計(jì)算函數(shù)：
[0024] Pm(t) =k2%(人）m(t)
[0025] 其中，1?是常數(shù)，nt(A)是熱效率;A是空氣燃油質(zhì)量比；
[0029] 其中，la是常數(shù)，Yd和nd分別是燃油齒條刻度Y、轉(zhuǎn)速n經(jīng)過(guò)延遲環(huán)節(jié)的輸出。
[0030] 更進(jìn)一步的，將氣缸的發(fā)火延遲
[0032] 代入所述的柴油機(jī)指示功率計(jì)算函數(shù)，將函數(shù)修改為：
[0033] Pm(t) = kpmn(^)Y(t-Td)n(t-Td)
[0034] 其中，kpm為常數(shù)，nCyi為氣缸數(shù)。
[0035] 更進(jìn)一步的，所述的柴油機(jī)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型還包括掃氣效率函數(shù)；
[0036] 1是掃氣空氣比率，指掃氣空氣進(jìn)入氣缸的質(zhì)量與實(shí)際需要的空氣質(zhì)量之比，表 達(dá)式為：
[0038] 其中，ks是常數(shù)，也是空氣流量，PS是掃氣空氣密度;匕是掃氣空氣比率，指掃氣空 氣進(jìn)入氣缸的質(zhì)量與實(shí)際需要的空氣質(zhì)量之比；
[0039] 對(duì)于二沖程柴油機(jī)而言，空氣流量可以寫成
[0041 ] 其中，Aeff是掃氣口的有效面積，Pexhr是排氣壓力，Ps = constant ? (Ps/Ts)，Ts認(rèn)為 是常數(shù)；
[0042]更進(jìn)一步的，所述的排氣壓力Pexhr通過(guò)設(shè)置低通濾波器計(jì)算得出；
[0044]其中，x是中間變量，Sft是系數(shù)，Pexhrd是經(jīng)過(guò)低通濾波器的排氣壓力。
[0045] 作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述的數(shù)據(jù)庫(kù)單元采用AD0數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，將仿真系統(tǒng)中的傳 輸變量集中起來(lái)統(tǒng)一管理；
[0046] 作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述的動(dòng)態(tài)顯示單元基于MFC程序設(shè)計(jì)的單文檔視類切換 技術(shù);所述的程序運(yùn)行時(shí)，實(shí)際只運(yùn)行一個(gè)視類。
[0047]通過(guò)采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明公開(kāi)的一種基于0GRE的船舶柴油機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真 系統(tǒng)，能夠使操作人員虛擬操控船舶主柴油機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、停車和加減速運(yùn)轉(zhuǎn)等，實(shí)時(shí)顯示船 舶主柴油機(jī)的工作特性曲線，達(dá)到模擬駕駛船舶和在機(jī)艙操縱船舶的目的。系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì) 模塊化設(shè)計(jì)，集成度高，擴(kuò)展性好，只要建立相應(yīng)領(lǐng)域模型，功能稍加修改，可應(yīng)用于其他主 機(jī)模擬器的開(kāi)發(fā)操作。
【附圖說(shuō)明】
[0048]為了更清楚的說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖做一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是 本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可 以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0049]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)模塊圖
【具體實(shí)施方式】
[0050] 為使本發(fā)明的實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例 中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚完整的描述：
[0051] 如圖1所示:一種基于0GRE的船舶柴油機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)，主要包括：
[0052]模擬船舶集成控制室內(nèi)全部操作的集成控制單元，在本實(shí)施例中，包含了船舶駕 駛艙室和輪機(jī)操作艙室全部的操作輸入按鍵和設(shè)備，可以完全模擬駕駛?cè)藛T和輪機(jī)操作人 員對(duì)船舶以及柴油主機(jī)的全部操作，比如主機(jī)起動(dòng)、換向、轉(zhuǎn)速限制、負(fù)荷限制、安全保護(hù)等 功能。在硬件上，可完全采用現(xiàn)有船舶中的控制臺(tái)，增加真實(shí)感。
[0053]同時(shí)，還設(shè)有主機(jī)轉(zhuǎn)速表、主機(jī)功率表、起動(dòng)空氣壓力表等重要參數(shù)指示表，可以 實(shí)時(shí)查看柴油主機(jī)工況、手動(dòng)設(shè)置和修改參數(shù)，完成控制位置轉(zhuǎn)換、換向、修改報(bào)警上下限 等手動(dòng)操作。
[0054] 系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)庫(kù)單元，可以存儲(chǔ)不同型號(hào)柴油主機(jī)和船舶、以及船舶主要傳動(dòng) 部件的工作參數(shù)，便于實(shí)時(shí)調(diào)用。作為優(yōu)選的實(shí)施方式，采用的是AD0(ActiveX Data Objects)數(shù)據(jù)庫(kù)編程。ADO是數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的新接口，建立在OLE DB之上的高層數(shù)據(jù) 庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)。在stadaf x ? h文件中用#import語(yǔ)句引用AD0，在MFC中用：：CoInitialize (斯1^)初始化(1)]\1，調(diào)用_&311116〇1：；[011?1：1'、_1^0(^(186丨？1：1'和_(]〇1111]1&1100 ：)1：1'三個(gè)指針進(jìn)行數(shù)據(jù) 庫(kù)操作。
[0055] 作為仿真系統(tǒng)的核心的仿真模擬處理單元，該單元內(nèi)部集成有多個(gè)虛擬的計(jì)算模 塊，每個(gè)模塊分別對(duì)應(yīng)一個(gè)船舶或者說(shuō)主機(jī)的計(jì)算模型。
[0056]以及動(dòng)態(tài)顯示單元，該動(dòng)態(tài)顯示單元基于MFC程序設(shè)計(jì)的單文檔視類切換技術(shù);所 述的程序運(yùn)行時(shí)，實(shí)際只有一個(gè)視類，可以有效的方法盡量減小界面對(duì)內(nèi)存的占用，降低對(duì) 機(jī)配置的要求，以節(jié)約成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。
[0057]在本實(shí)施例中，所述的仿真模擬處理單元的內(nèi)部主要構(gòu)建有：
[0058]推進(jìn)裝置數(shù)學(xué)模型(螺旋槳推力和轉(zhuǎn)矩計(jì)算和船體一柴油機(jī)一螺旋槳?jiǎng)討B(tài)數(shù)學(xué)模 型)和模擬船舶柴油機(jī)工況的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型，作為優(yōu)選的實(shí)施方式，可分別設(shè)置在船舶推 進(jìn)裝置仿真模塊和柴油機(jī)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)仿真模塊中。
[0059]船舶推進(jìn)裝置的數(shù)學(xué)模型
[0060] 本發(fā)明中船舶推進(jìn)裝置數(shù)學(xué)模型模塊采用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)建模方法是基于系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)試驗(yàn) 數(shù)據(jù)建立的動(dòng)態(tài)非線性數(shù)學(xué)模型。應(yīng)用該方法建模兼顧了計(jì)算精度和仿真的實(shí)時(shí)性。
[0061] 作為仿真模擬的核心基礎(chǔ)，在船舶推進(jìn)裝置中集成有船體一柴油機(jī)一螺旋槳?jiǎng)討B(tài) 數(shù)學(xué)模型：
[0062] 由于船舶運(yùn)動(dòng)與主機(jī)推進(jìn)裝置相互關(guān)聯(lián)，在本發(fā)明中設(shè)定船舶運(yùn)動(dòng)微分方程為：
[0064]其中，mship為船舶質(zhì)量，mw是船體附連水質(zhì)量，￥3是船速，T pr〇P是螺旋槳的有效推 力，RshiP為船舶阻力。
[0065]理想情況下，柴油機(jī)與螺旋槳?jiǎng)傂赃B接，考慮機(jī)械摩擦，根據(jù)達(dá)蘭貝爾方程，柴油 機(jī)轉(zhuǎn)速的微分方程為柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的微分方程為：
[0067] 其中，I是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，Mshaft是柴油機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，Mprcip為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，Mfric是柴油機(jī)與 軸系因機(jī)械摩擦而損失的轉(zhuǎn)矩。
[0068] 螺旋槳的推力和轉(zhuǎn)矩計(jì)算中采用回歸計(jì)算方法，推力系數(shù)G和轉(zhuǎn)矩系數(shù)表示 為：
[0071]則船舶有效推力T_p和負(fù)載轉(zhuǎn)矩Mprop表示為：
[0074] 其中，P為海水密度，t為推力減額系數(shù)，￥3是螺旋槳進(jìn)速，n是主機(jī)轉(zhuǎn)速，k、KdPK:^P 是隨航行條件變化而變化的系數(shù)。上述方法描述了螺旋槳的動(dòng)態(tài)特性，滿足仿真系統(tǒng)的需 要。
[0075] 更進(jìn)一步的，所述的柴油機(jī)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型主要包括如下幾種仿真模擬函數(shù)。
[0076] 柴油機(jī)氣缸的模擬函數(shù)，主要計(jì)算柴油機(jī)氣缸的指示功率。
[0077] 首先，考慮柴油機(jī)氣缸的空氣燃油質(zhì)量比，可以采用如下公式進(jìn)行表示：
[0079]柴油機(jī)熱效率和空氣燃油比的關(guān)系可以簡(jiǎn)化成
[0081] 其中，la是常數(shù)，Yd和nd分別是燃油齒條刻度Y、轉(zhuǎn)速n經(jīng)過(guò)延遲環(huán)節(jié)的輸出。
[0082] 柴油機(jī)的指示功率，在本發(fā)明中簡(jiǎn)化為柴油機(jī)的熱效率和平均耗油量的函數(shù)。
[0083] Pm(t) =k2nt(入）m(t)
[0084] 其中，1?是常數(shù)，nt(A)是熱效率，A是空氣燃油質(zhì)量比。
[0086] Pm(t)=kpmn(^)Y(t-Td)n(t-Td)
[0087] 其中，kpm為常數(shù)，nCyi為氣缸數(shù)
[0088] 作為柴油機(jī)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型的另一個(gè)重要組成部分，還構(gòu)建有模擬二沖程柴油 機(jī)掃氣箱的函數(shù)，該函數(shù)最終輸出掃氣效率：
[0089] 掃氣壓力與柴油機(jī)的功率有關(guān)，可以通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合成函數(shù)發(fā)生器
[0090] P - ./'( P ) = p，2 + Pc
[0091 ]其中，&〇、&1、&2和&3是根據(jù)柴油機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合而得
[0092] 一般來(lái)說(shuō)掃氣效率模型可以用參數(shù)Rs來(lái)描述，Rs是掃氣空氣比率，指掃氣空氣進(jìn)入 氣缸的質(zhì)量與實(shí)際需要的空氣質(zhì)量之比，表達(dá)式為：
[0094] 其中，ks是常數(shù)，屯是空氣流量，仏是掃氣空氣密度
[0095] 對(duì)于二沖程柴油機(jī)而言，空氣流量可以寫成
[0097] 其中，Aeff是掃氣口的有效面積，Pexhr是排氣壓力，Ps = constant ? (Ps/Ts)，Ts認(rèn)為 是常數(shù)。
[0098]根據(jù)式得到
[0100] 其中，krs是常數(shù)。
[0101] 由此最終得到掃氣效率為：
[0102] es = l-e-Rs
[0103] 還包括模擬柴油機(jī)排氣管的函數(shù)：
[0104] 在排氣管的計(jì)算中，加入一個(gè)低通濾波器
[0106] 其中，x是中間變量，sft是系數(shù)，Pexhrd是經(jīng)過(guò)低通濾波器的排氣壓力。
[0107] 作為優(yōu)選的實(shí)施例，所述仿真模擬處理單元可以采用如下的方式進(jìn)行具體的實(shí) 現(xiàn)。
[0108] 利用三維建模軟件3DS MAX根據(jù)實(shí)際物體的外形尺寸構(gòu)建NABCO M-80〇m型主機(jī) 遙控系統(tǒng)三維可視化實(shí)體模型以及場(chǎng)景模型，通過(guò)插件OgreMax將建立的三維幾何模型按 分類進(jìn)行導(dǎo)出處理，導(dǎo)出為.mesh格式的文件，選用0GRE作為虛擬現(xiàn)實(shí)引擎工具，在Visual Studio 2010平臺(tái)上通過(guò)調(diào)用OGRE模塊和三維場(chǎng)景模型數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)。OGRE初始化 mRoot，并構(gòu)造個(gè)插件信息plugins. cfg、界面啟動(dòng)時(shí)的配置信息ogre. cfg和1. log類型的參 數(shù)，工作包括:創(chuàng)建對(duì)象、創(chuàng)建場(chǎng)景管理器、載入場(chǎng)景資源信息、攝像機(jī)和幀監(jiān)聽(tīng)器等。0GRE 植染引擎將真實(shí)的場(chǎng)景劃分為抽象的不同空間，每一個(gè)空間都有一個(gè)SceneNode對(duì)象，并通 過(guò)各自的SceneNode對(duì)象來(lái)管理。用來(lái)完成移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、縮放等空間動(dòng)作，場(chǎng)景元素 Entity (實(shí)體）、Light(燈光）、Camera(攝像機(jī))等掛接在上面。在Visual Studio 2010環(huán)境下利用 Direct3D和OpenGL函數(shù)庫(kù)提供的三維繪制函數(shù)以及窗口管理函數(shù)，創(chuàng)建模型演示窗口以及 網(wǎng)格簡(jiǎn)化窗口。
[0109] 驗(yàn)證過(guò)程如下：建立MAN B&W 10L90MC的大型低速二沖程柴油機(jī)的數(shù)學(xué)模型，柴油 機(jī)參數(shù)見(jiàn)表1。將該型號(hào)柴油機(jī)分別在110.8%、75.4%和50.5%負(fù)荷下穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)的臺(tái)架試 驗(yàn)數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表2。通過(guò)對(duì)比，仿真數(shù)據(jù)與臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合，最 大誤差不超過(guò)12%，驗(yàn)證了本發(fā)明的建模方法是真實(shí)可信的。
[0111] 表1
[0112]
[0113] 表2
[0114] 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其 發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于OGRE的船舶柴油機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)，其特征在于包括： 模擬船舶集成控制室內(nèi)全部操作的集成控制單元，該單元還包括顯示船舶主機(jī)工況的 儀表； 存儲(chǔ)船舶和船舶柴油主機(jī)的初始工作參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)單元； 內(nèi)部設(shè)有船舶推進(jìn)裝置仿真模塊的仿真模擬處理單元以及顯示所述仿真模擬處理單 元輸出結(jié)果的動(dòng)態(tài)顯示單元； 工作時(shí)，通過(guò)所述的集成控制單元下達(dá)船舶的控制參數(shù)，所述的仿真模擬處理單元根 據(jù)所述的控制參數(shù)和從所述數(shù)據(jù)庫(kù)單元中調(diào)取的船舶柴油主機(jī)的初始工作參數(shù)，輸入內(nèi)部 構(gòu)建的船舶主機(jī)仿真模型，得出當(dāng)前船舶主機(jī)的工作狀態(tài)并在所述的動(dòng)態(tài)顯示單元上顯 示，完成船舶以及船舶柴油主機(jī)的虛擬顯示仿真； 所述的船舶推進(jìn)裝置仿真模塊內(nèi)部構(gòu)件有船體-柴油機(jī)-螺旋槳?jiǎng)討B(tài)數(shù)學(xué)模型，該模型 包括相互關(guān)聯(lián)的船舶運(yùn)動(dòng)微分方程和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速微分方程； 船舶運(yùn)動(dòng)微分方程為：其中，mshiP為船舶質(zhì)量，mw是船體附連水質(zhì)量，Vs是船速，T pr。^螺旋槳的有效推力，Rship 為船舶阻力； 柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的微分方程為柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的微分方程為：其中，I是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，Mshaft是柴油機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，Mprcip為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，Mfri。是柴油機(jī)與軸系 因機(jī)械摩擦而損失的轉(zhuǎn)矩。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于OGRE的船舶柴油機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)，其特征還在于:所 述的船舶螺旋槳的有效推力T_P和負(fù)載轉(zhuǎn)矩M_ PS:其中，P為海水密度，t為推力減額系數(shù)，￥3是螺旋槳進(jìn)速，n是主機(jī)轉(zhuǎn)速，k、K#PK2均為隨 航行條件變化而變化的系數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于OGRE的船舶柴油機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)，其特征還在于所 述的仿真模擬處理單元內(nèi)部還具有柴油機(jī)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)仿真模塊，該模塊內(nèi)部構(gòu)建有柴油機(jī)準(zhǔn)穩(wěn) 態(tài)模型，模型至少包括柴油機(jī)指示功率計(jì)算函數(shù)： Pm(t) =k2nt(入)m(t) 其中，1?是常數(shù)，nt(A)是熱效率;a是空氣燃油質(zhì)量比；其中，h是常數(shù)，Yd和nd分別是燃油齒條刻度Y、轉(zhuǎn)速n經(jīng)過(guò)延遲環(huán)節(jié)的輸出。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于OGRE的船舶柴油機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)，其特征還在于:將 氣缸的發(fā)火延遲代入所述的柴油機(jī)指示功率計(jì)算函數(shù)，將函數(shù)修改為： Pm(t) =kpmn(入)Y(t-Td)n(t-Td) 其中，kpm為常數(shù)，ncyl為氣缸數(shù)，n為柴油機(jī)轉(zhuǎn)速。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于OGRE的船舶柴油機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)，其特征還在于柴 油機(jī)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型還包括掃氣效率函數(shù)； Rs是掃氣空氣比率，指掃氣空氣進(jìn)入氣缸的質(zhì)量與實(shí)際需要的空氣質(zhì)量之比，表達(dá)式 為：其中，ks是常數(shù)，屯是空氣流量，ps是掃氣空氣密度;匕是掃氣空氣比率，指掃氣空氣進(jìn) 入氣缸的質(zhì)量與實(shí)際需要的空氣質(zhì)量之比； 對(duì)于二沖程柴油機(jī)而言，空氣流量可以寫成其中，Arff是掃氣口的有效面積，Pexhr是排氣壓力，Ps = cons tan f(Ps/Ts)，Ts認(rèn)為是 常數(shù)。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于OGRE的船舶柴油機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)，其特征還在于所 述的排氣壓力Pexhr通過(guò)設(shè)置低通濾波器計(jì)算得出；其中，x是中間變量，sft是系數(shù)，Pexhrd是經(jīng)過(guò)低通濾波器的排氣壓力。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于OGRE的船舶柴油機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)，其特征還在于:所 述的數(shù)據(jù)庫(kù)單元采用ADO數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，將仿真系統(tǒng)中的傳輸變量集中起來(lái)統(tǒng)一管理。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于OGRE的船舶柴油機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)，其特征還在于:所 述的動(dòng)態(tài)顯示單元基于MFC程序設(shè)計(jì)的單文檔視類切換技術(shù);所述的程序運(yùn)行時(shí)，實(shí)際只運(yùn) 行一個(gè)視類。
【文檔編號(hào)】G05B17/02GK106054664SQ201610316866
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月12日
【發(fā)明人】劉雨
【申請(qǐng)人】大連海聯(lián)自動(dòng)控制有限公司