船舶运动操控实验指导书

简介：
《船舶运动操控实验指导书》是一本详细介绍船舶操控相关实验操作步骤与理论知识的专业书籍，旨在帮助读者掌握船舶运动特性及控制技术。 船舶运动控制实验指导书 本实验指导书由大连海事大学自动化系编写并出版发行，主编为颜德文教授。该手册旨在帮助学生及研究者深入了解船舶运动控制的基本原理、方法，并掌握实验室模拟技术及相关数学模型的构建技巧。 **实验一：对船舶运动控制系统进行初步认知** ### 实验目标 1. 掌握船舶运动控制的基础理论和具体操作方式； 2. 理解在风力、水流等环境因素影响下的研究策略及仿真方法； 3. 明确数学模型对于优化船舶航行性能的重要性； 4. 深入了解自动操舵装置及其配套的测量与执行设备。 ### 所需器材 1. 船舶小型测试平台 2. 航行控制实验系统 3. 相关控制系统硬件及软件支持 ### 实验核心内容 - 小型船舶模型的设计理念和运行机制； - 测试系统的结构组成及其工作逻辑； - 自动导航模块、航向测量单元以及舵机动作装置的工作原理。 **详细操作步骤** 1. 模拟船体的构造与功能说明： - 发动机：步进电机驱动螺旋桨，提供前进动力。 - 转向系统：通过另一个步进电机控制方向舵叶转动以实现转向。 - 控制单元：单片机或计算机负责信号采集、算法处理及指令输出任务。 - 方位传感器：电子罗盘使用磁阻元件感应地球磁场，转换成数字信号供控制器参考航向信息。 - 模拟环境因素：风扇模拟风力和方向变化的影响。 - 通信设备与动力供应系统。 2. 航行控制实验系统的构建及运行机制： - 平面运动控制系统可实现四个平移自由度加上一个旋转轴，从而模仿海上船舶的移动行为； - 监控平台：用于观察整个过程并发送必要的操作命令给执行单元； **实验二：建立船舶平面运动数学模型** ### 实验目标 1. 掌握构建船舶二维动态方程的基本原则和技巧。 2. 学习如何从设计参数中推导出相应的数学公式。 3. 熟悉传递函数法、状态空间表示以及Nomoto方法的应用场景与实施步骤； 4. 领会这些模型在系统分析、模拟测试及控制器开发中的实际价值。 ### 实验工具 1. 个人电脑 2. 航向控制系统实验装置 ### 主要任务 - 推导船舶平面运动数学方程的方法和过程说明。 - 利用给定的设计参数计算出各个变量的具体数值。 - 构建传递函数、状态空间及Nomoto模型的详细步骤介绍。 通过上述两个阶段的学习与实践，参与者将能够全面掌握船舶运动控制的相关知识和技术，并具备独立开展相关研究的能力。