基于matlab、c++和vega的减摇鳍控制系统视觉仿真

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1、维普资讯http://www.cqvip.com陈宁，等：基于MATLAB、c++和Vega的减摇鳍控制系统视觉仿真基于MATLAB、C++和Vega的减摇鳍控制系统视觉仿真陈宁，余纯，佘建国(1．江苏科技大学机械与动力学院，江苏镇江212003；2．镇江海事局，江苏镇江212015)2系统原理提要针对船舶减摇鳍系统，运用PID控制理论设计了控制器，利用MATIAB的强大数学运算能减摇鳍控制的视觉仿真系统，是一个由MAT—力模拟随机海浪对船舶在海浪及鳍的作用下的影响，LAB、C++和Vega三种软件相结合，利用MAT—将C++作为中间

2、环节，实现MATLAB与Vega之间IAB的强大计算能力作为后台进行实时计算平台，的数据传输，从而实现减摇仿真的视觉效果。该仿真利用可视化软件Vega作为前台支撑，通过C++接系统令人满意。口来实现前后平台问的数据实时传输的系统。整个关键词横摇减摇鳍计算机模拟视频信号系统的原理结构如图1所示。中图分类号U671文献标识码B1引言MATLAB厂=_仁船舶在海上航行，由于受到风、浪以及海流等海图l系统原理图洋环境的作用，不可避免地要产生横摇。减摇鳍是减小船舶横摇的一种有效装置，它采用力矩对抗原利用MATLAB对不同海况下的波倾角进行数理设

3、计，利用鳍产生的扶正力矩抵抗海浪产生的横学仿真计算，模拟海浪的波动状态，将仿真的结果通摇力矩来达到减摇目的。目前，减摇鳍控制系统普过c++开发的接口程序传输到Vega驱动的由遍采用鳍角反馈控制方法，通过鳍角与升力之间复Creator建立的NJ5型减摇鳍工作母船仿真几何模杂的关系来实现船舶的减摇。型，通过Vega驱动程序设置工作母船初始参数，使MATIAB是由美国MathWorks公司推出的其在计算机屏幕上产生横摇视觉效果，同时利用一套高性能数值计算和可视化数学软件。MAT—C++读取在Vega驱动下工作母船仿真几何模型LAB不仅提供了

4、一个人机交互的数学系统环境和横倾角，通过MATIAB进行工作母船仿真几何模丰富可靠的矩阵运算函数，而且还增加了图形图像型在NJ5型减摇鳍作用下的减摇数学仿真计算，并处理功能、声音处理功能、数据处理功能、Windows将计算的反馈值通过C++接口传给Vega驱动程图形用户界面设计功能等。MATLAB提供了优秀序，控制NJ5型减摇鳍工作母船仿真几何模型的横的控制系统模型图形输入方法与仿真线性化分析工倾角，从而实现减摇鳍控制过程的减摇视觉仿真具Simulink，使得一个复杂系统的模型输入变得相效果。当容易且直观。Vega是一套完整的用于开发

5、交互式实时可视3仿真模型的研究化仿真应用软件的平台，其基本的功能是驱动、控3．1控制系统各模块的传递函数制、管理、虚拟场景，并支持快速复杂的视觉仿真程如上所述，通过海浪的波倾角的研究，可以构建序，快速创建各种实时交互的三维环境。整体而言，起图2所示的减摇鳍模糊控制系统结构。Vega具有易用性、高效性、集成性、可扩展性、跨平从图2可以看出，如果船舶横摇运动角度较小，台一l生。则可以应用线性横摇理论来分析船舶横摇运动。依照Conolly的理论，船舶线性横摇可表示为：作者简介：陈宁(1963一)，男，副教授。维普资讯http://www.c

6、qvip.com造船技术2008年第1期(总第281期)图2控制系统原理图+AI)j54-2N，j5+Dhj5一环节，传递函数为：G(S)400s(5)(AI2+2N(=f+Dlza1)，(1)式中J和△J分别为相对于通过船舶重心的纵轴角速度陀螺仪测量到的航行中的船舶横摇角速惯量和附加惯量；2N为每单位横摇角速度的船舶度信号经放大器放大，驱动下一级器件。NJ5型减阻尼力矩；j5为横摇角速度；D为船舶排水量；h为摇鳍设计说明书中所取的前置放大器的传递函横稳心高；a和a!分别为对于波倾角速度和波倾角数为：加速度的有义波倾角。G)一丽，(6

7、)实验证明，在式(1)中，等号右边三项横摇力矩式中KQ可调。中的△J和2N厶两项数值比Dha项要小得多，放大器输出的信号传递给系统控制器，这里采所以在一般应用中，仅考虑Dlza对船舶横摇的作用理想的控制器作为系统对NJ5型减摇鳍的控制用，所以式(1)写为：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为横摇转动惯量；AI为附加转动惯量；2N．为横摇阻尼系数；D为船舶排水量；h为船的横稳心由于该PID控制器易积分漂移和干扰比较大，高；j5为横摇角；a为有效波倾角。在初始条件为

8、零实际使用时须从以下两个方面加以改进。的条件下对式(2)进行拉氏变换，有：(1)考虑到微分环节极易受高频信号干扰。为此采用间接微分环节，传递函数为：Go㈩一一㈦G％，(8)式中T。一-X／Dh；式中T¨_一0．064；T