面向多终端同步控制的智能船舶主机遥控半实物仿真系统研究
这是一篇关于柴油主机,主机遥控仿真系统,多终端同步控制,模型参考自适应控制,最小控制综合的论文, 主要内容为近年来,随着计算机、互联网以及通信技术的不断进步,智能船舶的发展前景越来越广阔,主机遥控系统作为船舶机舱智能化的重要组成部分,得到了高度重视和重点研究。由于实物受到成本、场地等客观因素的限制,智能船舶主机遥控系统的仿真成为当前各海事院校的重点,仿真系统的灵活性以及功能的完整性也面临着更高的要求。因此,研究智能船舶主机遥控仿真系统并实现多终端的同步控制,对智能船舶的发展以及各大高校开展虚拟仿真实验平台具有深远的研究意义。本课题以AutoChief C20型主机遥控系统为研究对象,对智能船舶主机遥控半实物仿真系统的功能、多终端同步控制以及调速控制进行了研究,本文主要研究工作如下:(1)搭建一套带有船舶主机控制模拟台的智能船舶主机遥控半实物仿真系统。针对智能船舶主机遥控仿真系统进行功能需求分析,设计总体框架。针对仿真系统的界面构建问题,利用React前端框架开发操作仿真界面,引入虚拟DOM(Document Object Model)的概念,解决了原生JavaScript直接操作DOM所引发的大量重绘重排的效率问题。针对系统功能实现问题,使用TypeScript进行功能逻辑的开发,引入了接口概念,对变量和函数等进行类型约束,提高了可维护性,进而实现了主机起停以及柴油机转速控制等功能。同时,为模拟真实的智能船舶主机工作状态,搭建了船舶主机控制模拟台,为仿真系统提供了硬件载体,既提高了仿真的准确性和真实性,又保证了其灵活性和可控性。(2)在智能船舶主机遥控仿真系统的基础上提出了一种基于Websocket的多终端同步控制方法。针对单终端仿真系统因为网络或机器故障进而导致系统崩溃的问题,选用Websocket通信协议进行多终端同步控制,提高了仿真系统的可用性以及安全性。通过分析实际船舶主机遥控系统的使用场景,将驾驶台、集控室以及机旁操作部位使用电脑端、平板端以及手机端进行展示并操作,解决了单终端无法同时模拟出位于不同空间的三个操作部位的局限性问题。针对Websocket通信协议在B/S架构中的使用问题,采用Node.js平台进行服务端的开发,同时解决高并发的问题。为解决仿真系统中复杂的数据管理问题,分析数据类型,设计数据库表结构,采用My SQL数据库对数据进行云端存储,并且根据仿真系统内部状态的重要性以及优先级顺序,将部分状态提升为全局状态进行集中式管理,解决了组件多层嵌套的数据传递问题。(3)在设计智能船舶主机遥控仿真系统的调速器时,针对传统主机遥控系统普遍采用的PID控制算法在面对不同海况时参数无法在线整定、具有局限性等问题,采用基于模型参考自适应扩展的离散时间最小控制综合算法对柴油机的转速进行控制。该算法基于被控对象的状态空间方程一般结构来选取参考模型,解决了模型参考自适应算法需要通过系统辨识获取较为精准的系统模型的问题。基于参考模型和柴油机模型的输出误差,对控制参数进行自适应调节,在不同工况下均可达到快速响应的效果,解决了传统PID算法面对不同海况时需要手动调整参数的问题。通过Popov超稳定性理论证明了系统的稳定性,经仿真验证,该控制算法响应速度快、鲁棒性强,可用于柴油机的转速控制。(4)针对智能船舶主机遥控半实物仿真系统进行了功能测试,包括模拟柴油机启停、操作部位的切换、三维机旁操作以及远程网络控制功能的测试。针对多终端同步控制功能设计了详细的测试用例,验证了多终端同步控制功能的可行性,满足了实际应用场景的需求。系统测试结果表明符合预期的设计要求,本文研究的智能船舶主机遥控半实物仿真系统具有可行性、有效性以及灵活性,能够完整实现主机遥控系统的基本功能,并实现多终端同步控制,符合实际,具有一定的理论价值和工程应用价值。
面向多终端同步控制的智能船舶主机遥控半实物仿真系统研究
这是一篇关于柴油主机,主机遥控仿真系统,多终端同步控制,模型参考自适应控制,最小控制综合的论文, 主要内容为近年来,随着计算机、互联网以及通信技术的不断进步,智能船舶的发展前景越来越广阔,主机遥控系统作为船舶机舱智能化的重要组成部分,得到了高度重视和重点研究。由于实物受到成本、场地等客观因素的限制,智能船舶主机遥控系统的仿真成为当前各海事院校的重点,仿真系统的灵活性以及功能的完整性也面临着更高的要求。因此,研究智能船舶主机遥控仿真系统并实现多终端的同步控制,对智能船舶的发展以及各大高校开展虚拟仿真实验平台具有深远的研究意义。本课题以AutoChief C20型主机遥控系统为研究对象,对智能船舶主机遥控半实物仿真系统的功能、多终端同步控制以及调速控制进行了研究,本文主要研究工作如下:(1)搭建一套带有船舶主机控制模拟台的智能船舶主机遥控半实物仿真系统。针对智能船舶主机遥控仿真系统进行功能需求分析,设计总体框架。针对仿真系统的界面构建问题,利用React前端框架开发操作仿真界面,引入虚拟DOM(Document Object Model)的概念,解决了原生JavaScript直接操作DOM所引发的大量重绘重排的效率问题。针对系统功能实现问题,使用TypeScript进行功能逻辑的开发,引入了接口概念,对变量和函数等进行类型约束,提高了可维护性,进而实现了主机起停以及柴油机转速控制等功能。同时,为模拟真实的智能船舶主机工作状态,搭建了船舶主机控制模拟台,为仿真系统提供了硬件载体,既提高了仿真的准确性和真实性,又保证了其灵活性和可控性。(2)在智能船舶主机遥控仿真系统的基础上提出了一种基于Websocket的多终端同步控制方法。针对单终端仿真系统因为网络或机器故障进而导致系统崩溃的问题,选用Websocket通信协议进行多终端同步控制,提高了仿真系统的可用性以及安全性。通过分析实际船舶主机遥控系统的使用场景,将驾驶台、集控室以及机旁操作部位使用电脑端、平板端以及手机端进行展示并操作,解决了单终端无法同时模拟出位于不同空间的三个操作部位的局限性问题。针对Websocket通信协议在B/S架构中的使用问题,采用Node.js平台进行服务端的开发,同时解决高并发的问题。为解决仿真系统中复杂的数据管理问题,分析数据类型,设计数据库表结构,采用My SQL数据库对数据进行云端存储,并且根据仿真系统内部状态的重要性以及优先级顺序,将部分状态提升为全局状态进行集中式管理,解决了组件多层嵌套的数据传递问题。(3)在设计智能船舶主机遥控仿真系统的调速器时,针对传统主机遥控系统普遍采用的PID控制算法在面对不同海况时参数无法在线整定、具有局限性等问题,采用基于模型参考自适应扩展的离散时间最小控制综合算法对柴油机的转速进行控制。该算法基于被控对象的状态空间方程一般结构来选取参考模型,解决了模型参考自适应算法需要通过系统辨识获取较为精准的系统模型的问题。基于参考模型和柴油机模型的输出误差,对控制参数进行自适应调节,在不同工况下均可达到快速响应的效果,解决了传统PID算法面对不同海况时需要手动调整参数的问题。通过Popov超稳定性理论证明了系统的稳定性,经仿真验证,该控制算法响应速度快、鲁棒性强,可用于柴油机的转速控制。(4)针对智能船舶主机遥控半实物仿真系统进行了功能测试,包括模拟柴油机启停、操作部位的切换、三维机旁操作以及远程网络控制功能的测试。针对多终端同步控制功能设计了详细的测试用例,验证了多终端同步控制功能的可行性,满足了实际应用场景的需求。系统测试结果表明符合预期的设计要求,本文研究的智能船舶主机遥控半实物仿真系统具有可行性、有效性以及灵活性,能够完整实现主机遥控系统的基本功能,并实现多终端同步控制,符合实际,具有一定的理论价值和工程应用价值。
基于四旋翼无人机的软夹爪抓取系统设计与实现
这是一篇关于四旋翼无人机,自适应柔性软夹爪,模型参考自适应控制,实物抓取的论文, 主要内容为随着旋翼无人机技术的高速发展,四旋翼无人机已广泛应用于农业、军事等领域。但这些应用大多是与环境的被动交互,比如航拍、巡检等。在本研究中,配备自适应软夹爪的欠驱动四旋翼无人机系统能够大大扩展无人机应用领域,同时提高与周围环境交互的能力。针对搭载软夹爪的四旋翼无人机姿态稳定和抓取前后的力扰动问题,本文研究了面向四旋翼无人机抓取的跟踪与稳定控制方法。主要研究内容如下:(1)提出基于鳍条效应的柔性三指夹爪,搭建载有自适应软夹爪的无人机抓取硬件系统,构建四旋翼无人机运动学与动力学模型。针对欠驱动的四旋翼无人机,首先建立无人机机体坐标系和惯性坐标系,得出两种坐标系之间的旋转矩阵转换。再对动力系统中的螺旋桨进行建模分析,研究无人机在三种运动方式下螺旋桨的转速变化。最后,应用牛顿-欧拉方程并结合两种坐标系下线速度角速度以及欧拉角之间的关系,建立运动学与动力学模型并用状态空间表示。(2)针对搭载自适应柔性软夹爪的四旋翼无人机质心不在几何中心,以及抓取物体时会受到力扰动对无人机稳定性影响的问题,设计模型参考自适应控制器。首先建立质心偏移下的四旋翼无人机抓取系统的动力学模型,在动力学模型中引入力扰动并考虑惯性力,推导了动力学状态方程。对模型参考自适应控制线性化,使无人机在悬停状态下保持局部渐近稳定性。根据李雅普诺夫函数稳定性理论设计参考模型和实际模型,提出模型参考自适应控制律,理论证明了系统的稳定性。最后通过在Matlab/Simulink仿真对比得出模型参考自适应控制相比传统控制抗扰动更强,跟踪性能更好。(3)基于机器人操作系统(Robot Operating System,ROS)进行载有软夹爪的四旋翼无人机抓取仿真与实物抓取实验。首先在Gazebo物理仿真引擎中搭建四旋翼无人机抓取平台环境,对夹爪建模并制定无人机与夹爪之间的控制节点。然后使用RGB-D深度相机识别与跟踪物体,构建无人机相机视觉,实现在物理引擎Gazebo上的四旋翼无人机抓取物体并调整姿态到物体放置的整个抓取过程。在无人机实际飞行抓取中测量实时状态,对比期望欧拉角与实际欧拉角以及分析加速度变化,验证无人机抓取的稳定性。
面向多终端同步控制的智能船舶主机遥控半实物仿真系统研究
这是一篇关于柴油主机,主机遥控仿真系统,多终端同步控制,模型参考自适应控制,最小控制综合的论文, 主要内容为近年来,随着计算机、互联网以及通信技术的不断进步,智能船舶的发展前景越来越广阔,主机遥控系统作为船舶机舱智能化的重要组成部分,得到了高度重视和重点研究。由于实物受到成本、场地等客观因素的限制,智能船舶主机遥控系统的仿真成为当前各海事院校的重点,仿真系统的灵活性以及功能的完整性也面临着更高的要求。因此,研究智能船舶主机遥控仿真系统并实现多终端的同步控制,对智能船舶的发展以及各大高校开展虚拟仿真实验平台具有深远的研究意义。本课题以AutoChief C20型主机遥控系统为研究对象,对智能船舶主机遥控半实物仿真系统的功能、多终端同步控制以及调速控制进行了研究,本文主要研究工作如下:(1)搭建一套带有船舶主机控制模拟台的智能船舶主机遥控半实物仿真系统。针对智能船舶主机遥控仿真系统进行功能需求分析,设计总体框架。针对仿真系统的界面构建问题,利用React前端框架开发操作仿真界面,引入虚拟DOM(Document Object Model)的概念,解决了原生JavaScript直接操作DOM所引发的大量重绘重排的效率问题。针对系统功能实现问题,使用TypeScript进行功能逻辑的开发,引入了接口概念,对变量和函数等进行类型约束,提高了可维护性,进而实现了主机起停以及柴油机转速控制等功能。同时,为模拟真实的智能船舶主机工作状态,搭建了船舶主机控制模拟台,为仿真系统提供了硬件载体,既提高了仿真的准确性和真实性,又保证了其灵活性和可控性。(2)在智能船舶主机遥控仿真系统的基础上提出了一种基于Websocket的多终端同步控制方法。针对单终端仿真系统因为网络或机器故障进而导致系统崩溃的问题,选用Websocket通信协议进行多终端同步控制,提高了仿真系统的可用性以及安全性。通过分析实际船舶主机遥控系统的使用场景,将驾驶台、集控室以及机旁操作部位使用电脑端、平板端以及手机端进行展示并操作,解决了单终端无法同时模拟出位于不同空间的三个操作部位的局限性问题。针对Websocket通信协议在B/S架构中的使用问题,采用Node.js平台进行服务端的开发,同时解决高并发的问题。为解决仿真系统中复杂的数据管理问题,分析数据类型,设计数据库表结构,采用My SQL数据库对数据进行云端存储,并且根据仿真系统内部状态的重要性以及优先级顺序,将部分状态提升为全局状态进行集中式管理,解决了组件多层嵌套的数据传递问题。(3)在设计智能船舶主机遥控仿真系统的调速器时,针对传统主机遥控系统普遍采用的PID控制算法在面对不同海况时参数无法在线整定、具有局限性等问题,采用基于模型参考自适应扩展的离散时间最小控制综合算法对柴油机的转速进行控制。该算法基于被控对象的状态空间方程一般结构来选取参考模型,解决了模型参考自适应算法需要通过系统辨识获取较为精准的系统模型的问题。基于参考模型和柴油机模型的输出误差,对控制参数进行自适应调节,在不同工况下均可达到快速响应的效果,解决了传统PID算法面对不同海况时需要手动调整参数的问题。通过Popov超稳定性理论证明了系统的稳定性,经仿真验证,该控制算法响应速度快、鲁棒性强,可用于柴油机的转速控制。(4)针对智能船舶主机遥控半实物仿真系统进行了功能测试,包括模拟柴油机启停、操作部位的切换、三维机旁操作以及远程网络控制功能的测试。针对多终端同步控制功能设计了详细的测试用例,验证了多终端同步控制功能的可行性,满足了实际应用场景的需求。系统测试结果表明符合预期的设计要求,本文研究的智能船舶主机遥控半实物仿真系统具有可行性、有效性以及灵活性,能够完整实现主机遥控系统的基本功能,并实现多终端同步控制,符合实际,具有一定的理论价值和工程应用价值。
面向多终端同步控制的智能船舶主机遥控半实物仿真系统研究
这是一篇关于柴油主机,主机遥控仿真系统,多终端同步控制,模型参考自适应控制,最小控制综合的论文, 主要内容为近年来,随着计算机、互联网以及通信技术的不断进步,智能船舶的发展前景越来越广阔,主机遥控系统作为船舶机舱智能化的重要组成部分,得到了高度重视和重点研究。由于实物受到成本、场地等客观因素的限制,智能船舶主机遥控系统的仿真成为当前各海事院校的重点,仿真系统的灵活性以及功能的完整性也面临着更高的要求。因此,研究智能船舶主机遥控仿真系统并实现多终端的同步控制,对智能船舶的发展以及各大高校开展虚拟仿真实验平台具有深远的研究意义。本课题以AutoChief C20型主机遥控系统为研究对象,对智能船舶主机遥控半实物仿真系统的功能、多终端同步控制以及调速控制进行了研究,本文主要研究工作如下:(1)搭建一套带有船舶主机控制模拟台的智能船舶主机遥控半实物仿真系统。针对智能船舶主机遥控仿真系统进行功能需求分析,设计总体框架。针对仿真系统的界面构建问题,利用React前端框架开发操作仿真界面,引入虚拟DOM(Document Object Model)的概念,解决了原生JavaScript直接操作DOM所引发的大量重绘重排的效率问题。针对系统功能实现问题,使用TypeScript进行功能逻辑的开发,引入了接口概念,对变量和函数等进行类型约束,提高了可维护性,进而实现了主机起停以及柴油机转速控制等功能。同时,为模拟真实的智能船舶主机工作状态,搭建了船舶主机控制模拟台,为仿真系统提供了硬件载体,既提高了仿真的准确性和真实性,又保证了其灵活性和可控性。(2)在智能船舶主机遥控仿真系统的基础上提出了一种基于Websocket的多终端同步控制方法。针对单终端仿真系统因为网络或机器故障进而导致系统崩溃的问题,选用Websocket通信协议进行多终端同步控制,提高了仿真系统的可用性以及安全性。通过分析实际船舶主机遥控系统的使用场景,将驾驶台、集控室以及机旁操作部位使用电脑端、平板端以及手机端进行展示并操作,解决了单终端无法同时模拟出位于不同空间的三个操作部位的局限性问题。针对Websocket通信协议在B/S架构中的使用问题,采用Node.js平台进行服务端的开发,同时解决高并发的问题。为解决仿真系统中复杂的数据管理问题,分析数据类型,设计数据库表结构,采用My SQL数据库对数据进行云端存储,并且根据仿真系统内部状态的重要性以及优先级顺序,将部分状态提升为全局状态进行集中式管理,解决了组件多层嵌套的数据传递问题。(3)在设计智能船舶主机遥控仿真系统的调速器时,针对传统主机遥控系统普遍采用的PID控制算法在面对不同海况时参数无法在线整定、具有局限性等问题,采用基于模型参考自适应扩展的离散时间最小控制综合算法对柴油机的转速进行控制。该算法基于被控对象的状态空间方程一般结构来选取参考模型,解决了模型参考自适应算法需要通过系统辨识获取较为精准的系统模型的问题。基于参考模型和柴油机模型的输出误差,对控制参数进行自适应调节,在不同工况下均可达到快速响应的效果,解决了传统PID算法面对不同海况时需要手动调整参数的问题。通过Popov超稳定性理论证明了系统的稳定性,经仿真验证,该控制算法响应速度快、鲁棒性强,可用于柴油机的转速控制。(4)针对智能船舶主机遥控半实物仿真系统进行了功能测试,包括模拟柴油机启停、操作部位的切换、三维机旁操作以及远程网络控制功能的测试。针对多终端同步控制功能设计了详细的测试用例,验证了多终端同步控制功能的可行性,满足了实际应用场景的需求。系统测试结果表明符合预期的设计要求,本文研究的智能船舶主机遥控半实物仿真系统具有可行性、有效性以及灵活性,能够完整实现主机遥控系统的基本功能,并实现多终端同步控制,符合实际,具有一定的理论价值和工程应用价值。
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