CN111123924B - 一种用于测试智能船舶主机系统的方法以及系统 - Google Patents

一种用于测试智能船舶主机系统的方法以及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于测试智能船舶主机系统的方法以及系统，方法包括基于智能船舶主机系统参数信息，用Simulink仿真测试软件和SolidWorks仿真测试软件搭建虚拟的用于测试智能船舶主机系统的仿真测试系统。用仿真测试系统对智能船舶的主机系统进行仿真测试，获取仿真测试数据。基于智能船舶主机系统的参数信息，搭建实船测试系统，对实船测试系统进行调试。利用调试后的实船测试系统对智能船舶的主机系统进行实船测试，获取实船测试数据。根据仿真测试数据和实船测试数据，确定主机系统是否符合智能船舶使用需求。计算机仿真测试与实船测试相结合，避免了直接采用实船测试可能出现的危险，实船测试对主机系统实际工作的性能与效果进行测试，保证测试结果的准确性。

Description

一种用于测试智能船舶主机系统的方法以及系统
技术领域
本发明涉及智能船舶测试领域，尤其涉及一种用于测试智能船舶主机系统的方法以及系统。
背景技术
智能船舶能否实现自主航行不仅仅取决于智能船舶的感知等能力，智能船舶的各执行机构能否实现准确、灵敏的控制与执行也尤为关键。因此，为智能船舶提供主要推进动力的主机系统能否实现对控制指令的准确执行，决定了智能船舶能否实现自主航行功能。
现有的对主机系统的测试方法主要是通过搭建硬件在环测试平台或在实验室内对主机系统进行测试，利用各种传感设备对主机系统运行的过程中的参数进行采集，从而实现对主机系统的测试。然而这种测试方法仅适用于主机系统出厂时或在主机系统安装前的检测与测试，对于已安装在船舶上的主机系统由于拆卸不便或无法拆卸的原因，这种方法并不适用。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提供一种用于测试智能船舶主机系统的方法以及系统，旨在解决对智能船舶的主机系统进行测试方法中没有将仿真测试和实船测试结合应用的问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明提供一种用于测试智能船舶主机系统的方法，所述方法包括：
S1、基于智能船舶的主机系统的参数信息，利用Simulink仿真测试软件和SolidWorks仿真测试软件搭建虚拟的用于测试智能船舶的主机系统的仿真测试系统，智能船舶的主机系统包括主机以及主机的控制器；
S2、利用所述仿真测试系统对智能船舶的主机系统进行计算机仿真测试，获取仿真测试数据；
S3、基于智能船舶的主机系统的参数信息，搭建实船测试系统，对所述实船测试系统进行调试；
S4、利用调试后的实船测试系统对智能船舶的主机系统进行实船测试，获取实船测试数据；
S5、根据所述仿真测试数据、实船测试数据，确定主机系统是否符合智能船舶的使用需求。
优选地，所述S1包括：
S11、在SolidWorks仿真软件中对需要仿真的主机系统进行实体建模，并进行装配，生成对应的装配体文件；
S12、基于所述SolidWorks仿真软件中的装配体文件，在Simulink仿真软件中生成主机系统的SimMechanics模型；
S13、基于所述SimMechanics模型，在Simulink仿真软件中配置主机系统需要的各个驱动组件及检测模块，以及主机与所属的控制器的逻辑关系，形成仿真主机系统；
S14、根据智能船舶中需要仿真的主机系统的机械运动方式，为所述仿真主机系统的机械运动构建矢量关系；
S15、根据智能船舶中需要仿真的主机系统的参数及所述矢量关系，在Simulink仿真软件中完成所述仿真测试系统的搭建，所述仿真测试系统包括：所述仿真主机系统、驱动模块和用于检测所述仿真主机的检测模块。
优选地，所述S2包括：
S21、向所述仿真主机系统的控制器传输设定的控制指令信息，控制器控制所述驱动模块驱动所述仿真主机系统运行；
S22、通过所述检测模块实时观测、采集所述仿真主机系统在运行中的所述仿真测试数据，所述仿真测试数据包括主机转速、增压器转速、输出扭矩以及振动幅度。
优选地，所述搭建实船测试系统包括：
S41、在智能船舶及其主机上布设传感器设备；
S42、将所述传感设备的RS485通讯接口借助于CAN总线连接到智能船舶的信息集成平台；
S43、将所述信息集成平台与岸基测试中心通过WIFI或4G或5G的通讯方式连接。
优选地，所述S5包括：
S51、主机的控制器获取控制指令，所述控制指令与智能船舶实际航行中对主机的控制器对主机的控制指令相同；
S52、主机的控制器控制主机执行所述控制指令，在执行所述控制指令的过程中，通过所述传感设备获取所述实船测试数据。
优选地，所述实船测试数据包括：智能船舶的主机的淡水出机温度、淡水进机压力、海水进空冷器温度、海水进空冷器压力、滑油进滤器温度、滑油进滤器压力、滑油进机压力、滑油进增压器压力、燃油进机温度、燃油进机压力、增压器空气温度、增压器空气压力、主机转速、增压器转速、启动空气压力和输出扭矩，以及，智能船舶的速度和加速度。
进一步地，本发明还提供一种用于测试智能船舶主机系统的系统，所述系统包括仿真测试系统和实船测试系统；
所述仿真测试系统为基于智能船舶的主机系统的参数信息，利用Simulink仿真测试软件和SolidWorks仿真测试软件搭建的，用于对智能船舶的主机系统进行计算机仿真测试的系统；
所述实船测试系统为基于智能船舶的主机系统的参数信息搭建的，用于对运行中的智能船舶的主机系统进行实船测试。
优选地，所述仿真测试系统包括：所述仿真主机系统、驱动模块和用于检测所述仿真主机系统的检测模块，以及用于将仿真测试数据与预先储存的标准数据进行对比的比较模块。
优选地，所述实船测试系统包括设置于智能船舶上的传感设备，所述传感器设备采集的实船测试数据经由智能船舶上的信息集成平台传输岸基测试中心。
优选地，所述岸基测试中心用于获取实船测试数据，将所述实船测试数据与预先储存的标准数据进行对比，并给出对比结果。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明提供的用于测试智能船舶的主机及其控制器的方法适用于对智能船舶的各型主机系统进行测试，适用面广。
采用步进的测试方法，先对智能船舶的主机系统进行计算机仿真测试后，再对该智能船舶的主机系统进行实船测试，避免了直接采用实船测试可能出现的危险，实船测试对被测主机系统在智能船舶上实际工作的性能与效果进行测试，保证测试结果的准确性。
采用将仿真测试与实船测试相结合的智能船舶的主机系统的测试方法，避免了测试过程中对智能船舶主机系统的拆卸与安装，避免了对智能船舶主机系统以及自身的伤害。
构建针对智能船舶主机系统的测试方法及系统，对智能船舶主机及其控制器对控制指令执行的效果进行测试，以保证主机及其控制器在智能船舶上应用时的有效性。
附图说明
图1为本发明的用于测试智能船舶的主机系统的方法的流程图；
图2为本发明的用于测试智能船舶的主机系统的方法中搭建仿真测试系统的方法流程图；
图3为本发明的用于测试智能船舶的主机系统的方法中获取仿真数据的方法流程图；
图4为本发明的用于测试智能船舶的主机系统的方法中搭建实船测试系统的方法流程图；
图5为本发明的用于测试智能船舶的主机系统的方法中获取实船测试数据的方法流程图；
图6为本发明的仿真测试系统的搭建方法的示意图；
图7为本发明的实船测试系统的搭建方法的示意图；
图8为本发明的实船测试系统的通讯连接图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种用于测试智能船舶主机系统的方法，该方法包括如下步骤：
S1、基于智能船舶的主机系统的参数信息，利用Simulink仿真测试软件和SolidWorks仿真测试软件搭建虚拟的用于测试智能船舶主机系统的仿真测试系统，智能船舶的主机系统包括主机以及主机的控制器。
S2、利用仿真测试系统对智能船舶的主机系统进行计算机仿真测试，获取仿真测试数据。
S3、基于智能船舶的主机系统的参数信息，搭建实船测试系统，对实船测试系统进行调试。
对实船测试系统进行调试包括：
对智能船舶的主机系统进行调试，调试过程中，对被测的主机系统及其控制装置进行检查，确保被测主机系统能够正常稳定运行，并能够正常的接收用于控制智能船舶主机系统的控制指令。对传感设备进行调试，安装传感设备，并对传感设备进行调试，确保各个传感器可以准确的测量对应的参数值。
S4、利用调试后的实船测试系统对智能船舶的主机系统进行实船测试，获取实船测试数据。
S5、根据所述仿真测试数据、实船测试数据，确定所述主机系统是否符合智能船舶的使用需求。
具体地，如图2、图6和图7所示，步骤S1具体包括如下步骤：
S11、在SolidWorks仿真软件中对需要仿真的主机系统进行实体建模，并进行装配，生成对应的装配体文件。
S12、基于SolidWorks仿真软件中的装配体文件，在Simulink仿真软件中生成主机系统的SimMechanics模型。
S13、基于SimMechanics模型，在Simulink仿真软件中配置主机系统需要的各个驱动组件及检测模块，以及主机与所属的控制器的逻辑关系，形成仿真主机系统。
S14、根据智能船舶中需要仿真的主机系统的机械运动方式，为仿真主机系统的机械运动构建矢量关系。
S15、根据智能船舶中需要仿真的主机系统的参数及矢量关系，在Simulink仿真软件中完成仿真测试系统的搭建，仿真测试系统包括：仿真主机系统、驱动模块和用于检测仿真主机系统的检测模块。
如图3所示，步骤S2具体包括如下步骤：
S21、向仿真主机系统的控制器传输设定的控制指令信息，控制器控制驱动模块驱动仿真主机系统运行。
S22、通过检测模块实时观测、采集仿真主机系统在运行中产生的仿真测试数据。其中，仿真测试数据包括仿真主机的转速、增压器转速、仿真主机的输出扭矩以及仿真主机的振动幅度。
如图4和图8所示，实船测试系统的搭建方法包括如下步骤：
S41、针对需要采集的数据，在智能船舶上布置相应的传感器设备，实时采集数据，传感设备包括静态检测装置和船载监测装置。
S42、将传感设备的RS485通讯接口借助于CAN总线连接到智能船舶的信息集成平台，信息集成平台实时获取传感设备采集的数据。
S43、将信息集成平台与岸基测试中心通过WIFI或4G或5G的通讯方式连接。信息集成平台通过WIFI或4G或5G的通讯方式将数据传输到岸基测试中心，也可以通过通讯船或者静态基站将数据传输到岸基测试中心。
值得说明的是，在搭建实船测试系统时，可以按上述照实船测试系统的搭建方法中提及的顺序执行步骤，也可以不同于上述照实船测试系统的搭建方法中的顺序，或者若干步骤同时执行。
如图5所示，步骤S5具体包括如下步骤：
S51、主机的控制器获取控制指令，控制指令与智能船舶实际航行中对主机的控制器对主机的控制指令相同。向被测主机的控制器传输智能船舶实际航行中对主机系统的控制指令，模拟智能船舶航行过程中对主机系统的控制。
S52、主机的控制器控制主机执行控制指令，在执行控制指令的过程中，通过传感设备获取智能船舶的实船测试数据。其中，实船测试数据包括：船载检测装置检测到的智能船舶的主机的淡水出机温度、淡水进机压力、海水进空冷器温度、海水进空冷器压力、滑油进滤器温度、滑油进滤器压力、滑油进机压力、滑油进增压器压力、燃油进机温度、燃油进机压力、增压器空气温度、增压器空气压力、主机转速、增压器转速、启动空气压力和输出扭矩，以及，静态检测装置检测到的智能船舶的速度和加速度。
实施例2
本实施例提供一种用于测试智能船舶主机系统的系统，该系统包括实施例1中的仿真测试系统和实船测试系统。其中，如图8所示，仿真测试系统为基于智能船舶的主机系统的参数信息，利用Simulink仿真测试软件和SolidWorks仿真测试软件搭建的，用于对智能船舶的主机系统进行计算机仿真测试的系统。实船测试系统为基于智能船舶的主机系统的参数信息搭建的，用于对运行中的智能船舶的主机系统进行实船测试的系统。
进一步地，仿真测试系统包括：仿真主机系统、驱动模块和用于检测仿真主机系统的检测模块，以及用于将仿真测试数据与预先储存的标准数据进行对比的比较模块。实船测试系统包括与智能船舶主机系统连接的控制装置，设置于智能船舶上的传感设备，传感器设备采集的实船测试数据经由智能船舶上的信息集成平台传输岸基测试中心。
岸基测试中心用于获取实船测试数据，将实船测试数据与预先储存的标准数据进行对比，并给出对比结果。
本发明提供的用于测试智能船舶的主机及其控制器的方法适用于对智能船舶的各型主机系统进行测试，适用面广。采用步进的测试方法，先对智能船舶的主机系统进行计算机仿真测试后，再对该智能船舶的主机系统进行实船测试，避免了直接采用实船测试可能出现的危险，实船测试对被测主机系统在智能船舶上实际工作的性能与效果进行测试，保证测试结果的准确性。采用将仿真测试与实船测试相结合的智能船舶的主机系统的测试方法，避免了测试过程中对智能船舶主机系统的拆卸与安装，避免了对智能船舶主机系统以及自身的伤害。本发明构建针对智能船舶主机系统的测试方法及系统，对智能船舶主机及其控制器对控制指令执行的效果进行测试，有效地保证了主机及其控制器在智能船舶上应用时的有效性，具有很好的实用性。
需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种用于测试智能船舶主机系统的方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、基于智能船舶的主机系统的参数信息，利用Simulink仿真测试软件和SolidWorks仿真测试软件搭建虚拟的用于测试智能船舶的主机系统的仿真测试系统，智能船舶的主机系统包括主机以及主机的控制器；
S2、利用所述仿真测试系统对智能船舶的主机系统进行计算机仿真测试，获取仿真测试数据；
S3、基于智能船舶的主机系统的参数信息，搭建实船测试系统，对所述实船测试系统进行调试；
S4、利用调试后的实船测试系统对智能船舶的主机系统进行实船测试，获取实船测试数据；
S5、根据所述仿真测试数据、实船测试数据，确定主机系统是否符合智能船舶的使用需求；
所述S1包括：
S11、在SolidWorks仿真软件中对需要仿真的主机系统进行实体建模，并进行装配，生成对应的装配体文件；
S12、基于所述SolidWorks仿真软件中的装配体文件，在Simulink仿真软件中生成主机系统的SimMechanics模型；
S13、基于所述SimMechanics模型，在Simulink仿真软件中配置主机系统需要的各个驱动组件及检测模块，以及主机与所属的控制器的逻辑关系，形成仿真主机系统；
S14、根据智能船舶中需要仿真的主机系统的机械运动方式，为所述仿真主机系统的机械运动构建矢量关系；
S15、根据智能船舶中需要仿真的主机系统的参数及所述矢量关系，在Simulink仿真软件中完成所述仿真测试系统的搭建，所述仿真测试系统包括：所述仿真主机系统、驱动模块和用于检测所述仿真主机的检测模块；
所述S2包括：
S21、向所述仿真主机系统的控制器传输设定的控制指令信息，控制器控制所述驱动模块驱动所述仿真主机系统运行；
S22、通过所述检测模块实时观测、采集所述仿真主机系统在运行中的所述仿真测试数据，所述仿真测试数据包括主机转速、增压器转速、输出扭矩以及振动幅度；
所述搭建实船测试系统包括：
S41、在智能船舶及其主机上布设传感器设备；
S42、将所述传感设备的RS485通讯接口借助于CAN总线连接到智能船舶的信息集成平台；
S43、将所述信息集成平台与岸基测试中心通过WIFI或4G或5G的通讯方式连接；
所述S5包括：
S51、主机的控制器获取控制指令，所述控制指令与智能船舶实际航行中对主机的控制器对主机的控制指令相同；
S52、主机的控制器控制主机执行所述控制指令，在执行所述控制指令的过程中，通过所述传感设备获取所述实船测试数据。
2.如权利要求1所述的用于测试智能船舶主机系统的方法，其特征在于，所述实船测试数据包括：智能船舶的主机的淡水出机温度、淡水进机压力、海水进空冷器温度、海水进空冷器压力、滑油进滤器温度、滑油进滤器压力、滑油进机压力、滑油进增压器压力、燃油进机温度、燃油进机压力、增压器空气温度、增压器空气压力、主机转速、增压器转速、启动空气压力和输出扭矩，以及，智能船舶的速度和加速度。
3.一种用于测试智能船舶主机系统的系统，其特征在于，所述系统包括仿真测试系统和实船测试系统；
所述仿真测试系统为基于智能船舶的主机系统的参数信息，利用Simulink仿真测试软件和SolidWorks仿真测试软件搭建的，用于对智能船舶的主机系统进行计算机仿真测试的系统；
所述实船测试系统为基于智能船舶的主机系统的参数信息搭建的，用于对运行中的智能船舶的主机系统进行实船测试；
所述仿真测试系统包括：所述仿真主机系统、驱动模块和用于检测所述仿真主机系统的检测模块，以及用于将仿真测试数据与预先储存的标准数据进行对比的比较模块；
所述实船测试系统包括设置于智能船舶上的传感设备，所述传感器设备采集的实船测试数据经由智能船舶上的信息集成平台传输岸基测试中心；
所述岸基测试中心用于获取实船测试数据，将所述实船测试数据与预先储存的标准数据进行对比，并给出对比结果。
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