CN102081357A - 船舶姿态运动试验平台 - Google Patents

船舶姿态运动试验平台 Download PDF

Info

Publication number
CN102081357A
CN102081357A CN 201010581785 CN201010581785A CN102081357A CN 102081357 A CN102081357 A CN 102081357A CN 201010581785 CN201010581785 CN 201010581785 CN 201010581785 A CN201010581785 A CN 201010581785A CN 102081357 A CN102081357 A CN 102081357A
Authority
CN
China
Prior art keywords
platform
ship
gear
iii
attitude
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN 201010581785
Other languages
English (en)
Other versions
CN102081357B (zh
Inventor
杨承恩
王世永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DALIAN XINTAI MACHINERY Co Ltd
Dalian Maritime University
Original Assignee
DALIAN XINTAI MACHINERY Co Ltd
Dalian Maritime University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DALIAN XINTAI MACHINERY Co Ltd, Dalian Maritime University filed Critical DALIAN XINTAI MACHINERY Co Ltd
Priority to CN2010105817858A priority Critical patent/CN102081357B/zh
Publication of CN102081357A publication Critical patent/CN102081357A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102081357B publication Critical patent/CN102081357B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)

Abstract

本发明公开了一种船舶姿态运动试验平台，三维旋转平台由三维旋转的外层、三维旋转的内层组成，由运动锁控制内层、外层锁定或解锁，内外层分别安装三自由度传感器；环境模型计算机接收键盘命令输入当前的海况，通过计算模拟出外界干扰对船舶姿态的影响，发出命令控制外层用来模拟海况，传感器反馈外层的姿态；船舶运动控制器将根据传感器反馈船舶(中心平台)的姿态，对舵以及鳍发出相应的控制命令；船舶模型计算机接收该命令，计算得到在当前舵角和鳍角的作用下船所应有的姿态，发出命令控制内层用来模拟船在舵和鳍的作用下产生的运动。本发明可任意进行船舶参数以及海况的设置，实现对船舶姿态控制、舰船火炮自动稳定控制的半实物仿真试验。

Description

船舶姿态运动试验平台
技术领域
本发明属于姿态运动控制实验装置，本发明涉及物体双重三维旋转运动的设计理念及实现方法等。
背景技术
目前常见的旋转运动平台以三维运动为多，也有少量的为结合三维平动的六自由度运动平台，双三维旋转运动平台经检索目前国内无类似产品或专利。
本发明的双三维旋转实验台分为两层，外层平台由绕X，Y，Z轴旋转的框架构成，由三套液压伺服机构分别驱动，可绕X，Y，Z轴旋转做任意旋转运动，并装有三自由度传感器。内层平台坐落在外层平台之中，由另外一组绕X，Y，Z轴旋转的框架构成，也由三套液压伺服机构分别驱动，同样可绕X，Y，Z轴旋转做任意旋转运动，并装有三自由度传感器。中心平台作为内层平台的一部分坐落在内层平台之中。外层平台由一台计算机控制它的运动，其姿态由传感器通过串行通信传回给计算机，它的运动规律由海浪数学模型给出。内层平台由另一台计算机来控制它的运动，它的运动方式是通过接受外部命令并将其根据船舶数学模型转换为船舶的运动数据来实现的。中心平台的姿态信息由三自由度传感器通过串行通信传给计算机。
使用者可任意进行船舶参数以及海况的设置，实现对船舶姿态控制、舰船火炮自动稳定控制的半实物仿真实验。
发明内容
本发明公开了一种船舶运动控制平台的工作原理及设计方法。
本发明的技术解决方案是这样现实的：
一种船舶姿态运动试验平台，包括环境模型计算机、船舶模型计算机、舵机伺服机构、船舶运动控制器、三维旋转平台，其特征在于所述的三维旋转平台由三维旋转的外层、三维旋转的内层组成，由运动锁控制内层、外层锁定或解锁，内外层分别安装三自由度传感器；环境模型计算机接收键盘命令输入当前的海况，通过计算模拟出外界干扰对船舶姿态的影响，发出三维旋转命令控制三维旋转的外层用来模拟海况，由三自由度传感器反馈外层的姿态；船舶运动控制器将根据三自由度传感器反馈船舶(中心平台)的姿态对舵以及鳍发出相应的控制命令；船舶模型计算机接收船舶运动控制器发出的控制命令，经过计算得到在当前舵角和鳍角的作用下船所应有的姿态，发出三维旋转命令控制三维旋转的内层用来模拟船在舵和鳍的作用下产生的运动。
所述的三维旋转平台由平台I、连接轴II、平台II、平台IV、连接轴V、平台V、平台VI(中心平台)、油缸VI、齿条VI、齿轮VI、连接轴VI、油缸V、齿轮V、齿条V、圆形底座、油缸III、油缸IV、油缸I、齿条IV、齿轮IV、连接轴承II、内层中轴、齿条I、齿轮I、连接轴承I、外层中轴、齿条III、齿轮III平台III运动锁齿轮II齿条II、油缸II组成，其特征在于所述的平台I通过外层中轴及连接轴承I安装在圆形底座上，油缸I固装在圆形底座上，驱动齿条I带动齿轮I转动，齿轮I与平台I连接，使得平台I绕外层中轴(Z轴)转动；平台II通过连接轴II吊装在平台I上，油缸II固装在平台I上，驱动齿条II带动齿轮II转动，齿轮II与平台II连接，使得平台II绕连接轴II(Y轴)转动；平台III通过连接轴VI吊装在平台II上，油缸III固装在平台II上，驱动齿条III带动齿轮III转动，齿轮III与平台III连接，使得平台III绕连接轴VI(X轴)转动；平台IV通过内层中轴及连接轴承II安装在平台III上，油缸IV固装在平台III上，驱动齿条IV带动齿轮IV转动，齿轮IV与平台IV连接，使得平台IV绕内层中轴(Z轴)转动；平台V通过连接轴V吊装在平台IV上，油缸V固装在平台IV，驱动齿条V带动齿轮V转动，齿轮V与平台V连接，使得平台V绕连接轴V(Y轴)转动；平台VI(中心平台)通过连接轴VI吊装在平台V上，油缸VI固装在平台V上，驱动齿条VI带动齿轮VI转动，齿轮VI与平台VI(中心平台)连接，使得平台VI(中心平台)绕连接轴VI(X轴)转动；其特征还在于所述的平台I、平台II、平台III组为三维旋转的外层，平台IV、平台V、平台VI(中心平台)组为三维旋转的内层，通过运动锁锁定或解锁。
与现有技术相比较，本发明的优点是显而易见的，主要表现在：
1、使用者可任意进行船舶参数以及海况的设置，进行海况模拟；
2、双三维旋转运动平台，还可根据船舶(中心平台)的姿态对舵以及鳍发出相应的控制命令，再经过船舶模型计算机的计算，得到在当前舵角和鳍角的作用下船所应有的姿态，控制内层相对于外层的运动，力图保持船舶(中心平台)的稳定。
附图说明
本发明有附图2幅，其中：
图1是本发明系统结构示意图；
图2是本发明三维旋转平台结构示意图；
图2中，1、平台I，2连接轴II，3、平台II，4、平台IV，5、连接轴V，6、平台V，7、平台VI(中心平台)，8、油缸VI，9、齿条VI，10、齿轮VII，11、连接轴VI，12、油缸V，13齿轮V，14、齿条V，15、圆形底座，16、油缸III，17、油缸IV，18、油缸I，19、齿条IV，20、齿轮IV，21、连接轴承II，22、内层中轴，23、动齿条I，24、第齿轮I，25、连接轴承I，26、外层中轴，27、齿条III，28、齿轮III，29、平台III，30、运动锁，31齿轮II，32齿条II，33、油缸II。
具体实施方式
下面结合附图对本发明专利作进一步的说明。
如附图1所示，一种船舶姿态运动试验平台，由三维旋转平台、海况模拟计算机、运动控制器、模型计算机、舵机及减摇鳍伺服机构五部分构成。三维旋转平台分为两层，即三维旋转的外层以及三维旋转的内层，内层相对于外层运动，中心平台装在内层中心。内外两层分别由各自的计算机控制。外层用来模拟海况，其计算机称为环境模型计算机，内层用来模拟船在舵和鳍的作用下产生的运动，其计算机称为船舶模型计算机。当船舶模型计算机不工作而环境模型计算机单独工作时，内外两层间锁定，中心平台受环境模型计算机控制，模拟船舶在风浪作用下无控制作用时的姿态变化。当船舶模型计算机开启后，内外两层间解锁，运动控制器将根据船舶(中心平台)的姿态对舵以及鳍发出相应的控制命令，再经过船舶模型计算机的计算，得到在当前舵角和鳍角的作用下船所应有的姿态，控制内层相对于外层的运动，力图保持船舶(中心平台)的稳定。另外，环境计算机可以通过键盘命令输入当前的海况，通过计算模拟出外界干扰对船舶姿态的影响。最终得到在内、外力的的共同作用下，船舶应有的姿态。利用本发明，使用者可任意进行船舶参数以及海况的设置，可实现对船舶姿态控制、舰船火炮自动稳定控制的半实物仿真实验。
如附图2所示，姿态控制实验平台由6层平台组合构成，第一、二、三层平台称为外层平台，基准为大地，外层平台由绕X，Y，Z轴旋转的框架构成，可绕X，Y，Z轴旋转做任意旋转运动，并装有三自由度传感器；第四、五、六层称为内层平台，坐落在外层平台之中，由另外一组绕X，Y，Z轴旋转的框架构成，同样可绕X，Y，Z轴旋转做任意旋转运动，并装有三自由度传感器，不过基准建立在外层平台上。各层之间通过轴承连接。六层平台的运动都为液压驱动，工作时由各固定在下一层的油缸分别驱动各层的运动齿条运动，由于各层的齿轮是固定在各层平台上的，当齿条平移运动时就带动与之啮合的齿轮围绕着本层的连接轴心旋转，这样就使得各层平台也产生相应的旋转运动。

Claims (2)

1.一种船舶姿态运动试验平台，包括环境模型计算机、船舶模型计算机、舵机伺服机构、船舶运动控制器、三维旋转平台，其特征在于所述的三维旋转平台由三维旋转的外层、三维旋转的内层组成，由运动锁控制内层、外层锁定或解锁，内外层分别安装三自由度传感器；环境模型计算机接收键盘命令输入当前的海况，通过计算模拟出外界干扰对船舶姿态的影响，发出三维旋转命令控制三维旋转的外层用来模拟海况，由三自由度传感器反馈外层的姿态；船舶运动控制器将根据三自由度传感器反馈船舶(中心平台)的姿态对舵以及鳍发出相应的控制命令；船舶模型计算机接收船舶运动控制器发出的控制命令，经过计算得到在当前舵角和鳍角的作用下船所应有的姿态，发出三维旋转命令控制三维旋转的内层用来模拟船在舵和鳍的作用下产生的运动。
2.根据权利要求1所述的船舶姿态运动试验平台，其特征在于所述的三维旋转平台由平台I(1)、连接轴II(2)、平台II(3)、平台IV(4)、连接轴V(5)、平台V(6)、平台VI(中心平台)(7)、油缸VI(8)、齿条VI(9)、齿轮VI(10)、连接轴VI(11)、油缸V(12)、齿轮V(13)、齿条V(14)、圆形底座(15)、油缸III(16)、油缸IV(17)、油缸I(18)、齿条IV(19)、齿轮IV(20)、连接轴承II(21)、内层中轴(22)、齿条I(23)、齿轮I(24)、连接轴承I(25)、外层中轴(26)、齿条III(27)、齿轮III(28)平台III(29)运动锁(30)齿轮II(31)齿条II(32)、油缸II(33)组成，其特征在于所述的平台I(1)通过外层中轴(26)及连接轴承I(25)安装在圆形底座(15)上，油缸I(18)固装在圆形底座(15)上，驱动齿条I(23)带动齿轮I(24)转动，齿轮I(24)与平台I(1)连接，使得平台I(1)绕外层中轴(26)(Z轴)转动；平台II(3)通过连接轴II(2)吊装在平台I(1)上，油缸II(33)固装在平台I(1)上，驱动齿条II(32)带动齿轮II(31)转动，齿轮II(31)与平台II(3)连接，使得平台II(3)绕连接轴II(2)(Y轴)转动；平台III(29)通过连接轴VI(11)吊装在平台II(3)上，油缸III(16)固装在平台II(3)上，驱动齿条III(27)带动齿轮III(28)转动，齿轮III(28)与平台III(29)连接，使得平台III(29)绕连接轴VI(11)(X轴)转动；平台IV(4)通过内层中轴(22)及连接轴承II(21)安装在平台III(29)上，油缸IV(17)固装在平台III(29)上，驱动齿条IV(19)带动齿轮IV(20)转动，齿轮IV(20)与平台IV(4)连接，使得平台IV(4)绕内层中轴(22)(Z轴)转动；平台V(6)通过连接轴V(5)吊装在平台IV(4)上，油缸V(12)固装在平台IV(4)，驱动齿条V(14)带动齿轮V(13)转动，齿轮V(13)与平台V(6)连接，使得平台V(6)绕连接轴V(5)(Y轴)转动；平台VI(中心平台)(7)通过连接轴VI(11)吊装在平台V(6)上，油缸VI(8)固装在平台V(6)上，驱动齿条VI(9)带动齿轮VI(10)转动，齿轮VI(10)与平台VI(中心平台)(7)连接，使得平台VI(中心平台)(7)绕连接轴VI(11)(X轴)转动；其特征还在于所述的平台I(1)、平台II(3)、平台III(29)组为三维旋转的外层，平台IV(4)、平台V(6)、平台VI(中心平台)(7)组为三维旋转的内层，通过运动锁(30)锁定或解锁。
CN2010105817858A 2010-12-09 2010-12-09 船舶姿态运动试验平台 Expired - Fee Related CN102081357B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010105817858A CN102081357B (zh) 2010-12-09 2010-12-09 船舶姿态运动试验平台

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010105817858A CN102081357B (zh) 2010-12-09 2010-12-09 船舶姿态运动试验平台

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102081357A true CN102081357A (zh) 2011-06-01
CN102081357B CN102081357B (zh) 2012-07-25

Family

ID=44087364

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010105817858A Expired - Fee Related CN102081357B (zh) 2010-12-09 2010-12-09 船舶姿态运动试验平台

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102081357B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103117011A (zh) * 2013-01-04 2013-05-22 哈尔滨工程大学 一种动力定位仿真试验平台及控位方法
CN103324201A (zh) * 2013-06-14 2013-09-25 哈尔滨工程大学 救生艇救生对接过程的姿态控制方法
CN103389731A (zh) * 2013-08-16 2013-11-13 吉林大学 具有车辆运动模拟功能的esp硬件在环试验台
CN105137811A (zh) * 2015-09-18 2015-12-09 吴宝举 一种无人船半物理数学仿真平台
CN105206131A (zh) * 2015-09-23 2015-12-30 哈尔滨工程大学 一种三自由度船舶航行姿态仿真装置
CN105955068A (zh) * 2016-06-14 2016-09-21 大连海事大学 一种舰载稳定平台实验系统及其工作方法
CN106354146A (zh) * 2016-10-31 2017-01-25 榆林学院 一种串联式姿态控制平台及控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6955235B1 (en) * 2003-12-05 2005-10-18 Carlos Salas Torque platform transport device
CN200954872Y (zh) * 2006-06-15 2007-10-03 哈尔滨工程大学 捷联式三维稳定平台
CN101794527A (zh) * 2009-12-30 2010-08-04 北京控制工程研究所 人控交会对接半物理仿真试验系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6955235B1 (en) * 2003-12-05 2005-10-18 Carlos Salas Torque platform transport device
CN200954872Y (zh) * 2006-06-15 2007-10-03 哈尔滨工程大学 捷联式三维稳定平台
CN101794527A (zh) * 2009-12-30 2010-08-04 北京控制工程研究所 人控交会对接半物理仿真试验系统

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》 20030430 张仁彦 船舶运动半物理仿真系统 , 2 *
《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》 20061231 孙宏放 船舶三自由度仿真平台设计与预报方法研究 1138-1497 1-2 , 2 *
《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技2辑》 20100915 罗丹青 船舶物理旋转平台及自适应舵的设计与研究 , 2 *
《仪器仪表学报》 20050831 彭秀艳等 船舶运动预报仿真系统设计 1-2 第26卷, 第8期 2 *
《系统仿真学报》 20011130 任光等 三种船舶运动控制仿真系统 1-2 第13卷, 第6期 2 *
《系统仿真学报》 20030331 孟浩等 船舶运动半物理仿真系统 1-2 第15卷, 第3期 2 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103117011A (zh) * 2013-01-04 2013-05-22 哈尔滨工程大学 一种动力定位仿真试验平台及控位方法
CN103117011B (zh) * 2013-01-04 2014-12-03 哈尔滨工程大学 一种动力定位仿真试验平台的控位方法
CN103324201A (zh) * 2013-06-14 2013-09-25 哈尔滨工程大学 救生艇救生对接过程的姿态控制方法
CN103324201B (zh) * 2013-06-14 2014-12-17 哈尔滨工程大学 救生艇救生对接过程的姿态控制方法
CN103389731A (zh) * 2013-08-16 2013-11-13 吉林大学 具有车辆运动模拟功能的esp硬件在环试验台
CN103389731B (zh) * 2013-08-16 2017-02-15 吉林大学 具有车辆运动模拟功能的esp硬件在环试验台
CN105137811A (zh) * 2015-09-18 2015-12-09 吴宝举 一种无人船半物理数学仿真平台
CN105206131A (zh) * 2015-09-23 2015-12-30 哈尔滨工程大学 一种三自由度船舶航行姿态仿真装置
CN105955068A (zh) * 2016-06-14 2016-09-21 大连海事大学 一种舰载稳定平台实验系统及其工作方法
CN106354146A (zh) * 2016-10-31 2017-01-25 榆林学院 一种串联式姿态控制平台及控制方法
CN106354146B (zh) * 2016-10-31 2023-05-05 榆林学院 一种串联式姿态控制平台及控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102081357B (zh) 2012-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102081357B (zh) 船舶姿态运动试验平台
Alzu'bi et al. Loon copter: Implementation of a hybrid unmanned aquatic–aerial quadcopter with active buoyancy control
CN102074144B (zh) 船舶位置运动试验平台
CN107512380B (zh) 一种全方位推进器、船舶及浮式平台
CN106527133A (zh) 一种船舶多桨协调控制分配方法
Shim et al. Development of arm and leg for seabed walking robot CRABSTER200
CN105643626A (zh) 一种基于双重判据的水下机器人推力优化分配方法
CN104199308B (zh) 双推进形式一体化的船舶电力推进模拟实验平台
CN108748115A (zh) 一种多连杆自检协作机械臂及控制方法
CN102110382B (zh) 液压式围绕z轴无限旋转的模拟器平台
CN114089634B (zh) 一种基于多电机主从轴协同算法的水下机器人控制方法
Zhang et al. 7000M pressure experiment of a deep-sea hydraulic manipulator system
CN204125099U (zh) 绞车用主动波浪补偿系统
CN104015899B (zh) 基于双级并联式摆杆机构驱动的水下推进装置
Gao et al. Innovative design and motion mechanism analysis for a multi-moving state autonomous underwater vehicles
Siegenthaler et al. System integration and fin trajectory design for a robotic sea-turtle
Altosole et al. Integration of numerical modeling and simulation techniques for the analysis of towing operations of cargo ships
CN103754342A (zh) 一种”x”字舵和“十”字舵的舵型转换装置
Salzmann et al. Development of the access system for offshore wind turbines
Kurowski et al. AGaPaS-a new approach for Search-and-Rescue-Operations at sea
CN110788843B (zh) 用于模拟舰载直升机助降的混联机构
Beal et al. Unified scaling for flapping fins
CN103400517A (zh) 深潜救生艇救生过程的半实物仿真系统及操控方法
CN113009924A (zh) 一种基于非二次型逆最优控制的水下无人器避障方法
CN105836081A (zh) 一种并联式水下矢量推进器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C53 Correction of patent for invention or patent application
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Yang Chengen

Inventor after: Wang Shiyong

Inventor after: Yan Dewen

Inventor before: Yang Chengen

Inventor before: Wang Shiyong

COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: YANG CHENGEN WANG SHIYONG TO: YANG CHENGEN WANG SHIYONG YAN DEWEN

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120725

Termination date: 20121209