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舰艇操纵仿真系统

产品名称

舰艇操纵仿真系统

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产品描述

一、 概述

  结合某型号舰艇动力装置,开发了一种基于SimuWorks仿真支撑平台的模拟器,以便为学员的操作训练进行培训和考核,并通过动力系统模拟器对动力系统各控制装置的适应性、协调性、安全性、可靠性做进一步研究,以便找出最佳的操作方法和步骤,对系统进行正确的使用和管理

二、 系统构成及主要功能

  模拟器由模拟训练系统、虚拟训练系统、教控系统和仿真支撑平台构成。(文中提到的模拟训练指的是实际装备训练,以便与虚拟训练相区别)仿真支撑平台负责管理系统的各类数据库及仿真模块,仿真支撑平台的仿真引擎是软件系统的核心,由仿真引擎控制系统仿真进程。系统组成框图如图1所示。

  

 

  模拟训练系统使用计算机、控制器、交换机等实现整个系统的仿真。其中,控制器选用支持以太网PC-Base控制器ADAM-5510E/TCP,该控制器可以直接与交换机相连,当由多台控制器完成对一个盘台的数据采集与控制时,其中一台作为主控制器与网络相连,其余的控制器与主控制器通过串口相连;仿真支撑平台运行于仿真服务器上。服务器运行后,由控制器根据自身设定的采样周期快速轮询模拟盘台的各个操作部件, 当操作部件的状态与上次轮询时的状态不同,则采集该操作部件对应的变量的新值,通过通信程序发送到SimuEngine实时数据库。

  虚拟训练系统由一组计算机组成,每台计算机上都是SimuEngine客户端,运行的虚拟盘台直接读取实时数据库的值,通过后台的数学模型,完成训练操作。通过虚拟盘台也可对数据库中的值进行实时修改。

  教控系统能灵活、方便地控制程序运行,能根据学员的层次,选择和组合不同的培训项目;启动/结束仿真程序;状态参数监控;选择初始状态;冻结仿真状态;返回至以前状态;保存当前状态用于重演;控制操作在线数据库;选择仿真的时间;设置和删除故障。

三、 方案构成

  ·硬件配置

  本模拟器的硬件包括教控系统、模拟训练系统、虚拟训练系统、服务器与网络系统、电源系统。

  1. 教控系统

  总教控系统包括总教控台、虚拟分系统教控台、模拟分系统教控台、传令音响装置、音频通信分系统、视频监控分系统。如图2所示。传令音响装置中的控制器、视频监视分系统的视频监控台与总教控台放置在一个台体上。

  

图2 舰艇教控系统模拟器主要组成

 

  2. 模拟训练系统

  由系统的模拟操作硬盘台组成,主要包括驾驶室操纵台、集控室操纵台、机旁操纵台等。

  3. 虚拟训练系统

  虚拟训练系统的虚拟操作盘台由通用计算机组成。虚拟训练系统的教控功能由教控系统中的虚拟分系统教控台完成。

  4. 电源系统

  电源系统用于向模拟器各设备提供工作电源。

  5. 服务器与网络系统

  服务器主要用于模型的调度与运算、网络通信、数据库管理等。网络系统用于将模拟器中的所有计算机在物理上联结为一个快速局域网。将打印机归属到该系统中。

  ·软件组成

  本模拟器软件在开发过程中选用仿真支撑平台。仿真支撑平台运行于仿真服务器上,分系统教控台软件采用仿真支撑平台的教控台功能模块。仿真支撑平台负责管理系统参数实时数据库、训练题目数据库、故障数据库、评估标准数据库、操作流程数据库等多个数据库。仿真支撑平台的仿真引擎是软件系统的核心,由仿真引擎控制系统仿真进程。全系统训练时,由仿真支撑平台完成分系统的数据共享或交换。

  1. 计算机系统软件

  Windows 2000中文操作系统,Visual C++及实用工具软件,病毒防护软件。

  2. 仿真服务器软件

  在动力系统模拟器软件系统中选用仿真支撑平台SimuEngine。

  3. 总教控台软件

  总教控台软件的主要功能有:设定训练模式,包括模拟训练功能中的单岗位训练、分系统训练、全系统训练,虚拟训练功能中的单岗位训练、分组训练、分系统训练、全系统训练,模拟与虚拟的混合训练;组织模拟器的全系统训练;设定系统环境参数以及打印等功能。该部分软件采用C++ Builder编写。

  4. 分系统教控台软件

  分系统教控台采用SimuEngine仿真支撑平台所包含的教控台软件,具有完整的教控功能。

  5. 对象仿真软件

  对象仿真软件是描述仿真对象及运行过程的应用软件,是仿真中最重要、最关键的软件之一。仿真的重要指标——仿真精度,就是由对象仿真软件来体现的。对象仿真软件的优劣主要靠仿真的精度和模型的稳定性两个方面衡量。它是影响模拟器培训效果的主要因素。如推进电机特性仿真软件、蓄电池特性仿真软件等。

  6. 人机界面软件

  模拟训练系统人机界面软件的主要功能是:

  1) 实时采集模拟盘台的操作,输入到本地参数数据库;

  2) 将本地参数数据库中的输出参数在硬盘台上的相应显示部件上进行实时显示。

  该部分软件采用C语言开发。

  虚拟训练系统人机界面软件的主要功能是:

  1) 生成软盘台虚拟设备的操作界面;

  2) 实时采集软盘台虚拟设备的操作,输入到本地参数数据库;

  3) 将本地参数数据库中的输出参数在软盘台虚拟设备上的相应显示部件上进行实时显示。

  该部分软件采用C++ Builder软件开发。

  7. 计算机网络通讯软件

  主计算机与教控计算机、控制器等外围计算机通过高速以太网连接在一起,构成一个局域网(LAN)。主机运行支撑系统、模型软件,承担模型运算任务,系统管理等;教控台计算机主要承担教控功能的实现;外围计算机负责采集、虚拟盘台、噪音模拟、监视等工作。

  在主机上,仿真支撑软件和通讯程序运行在操作系统Windows 2000系统下,模型计算在支撑软件平台上进行。在模型计算进程和通讯进程之间,通过DDE协议交换数据,不断更新支撑软件的数据公用区,其中数据对应关系,通过配置文件一一对应起来。

  主机与模拟计算机通过TCP/IP协议、使用WINSOCK编写相应的通讯模块进行数据交换。

四、 系统主要特点

  舰艇动力系统训练模拟器以舰艇运动模型为依据,结合学员实际操艇训练过程,利用仿真技术,在计算机上生成与实际舰艇操作相似的训练环境。舰艇动力系统训练模拟器主要模拟舰艇停车、启动、倒车、加速航行等各种状态下的操纵运动过程,使学员在系泊状态下就可以进行导航和操艇系统的综合训练,针对舰艇推进系统的实际特点和用户需求。

  应用舰艇动力系统训练模拟器进行训练使得学员在训练时不会危及受训人员和设备的安全,可以模拟在不同环境下进行训练,而不受实际环境的影响。

  模拟器不但能模拟正常的舰艇训练过程,还可以模拟在实际舰艇上很难完成的如应急训练、极限工况等过程,可以自由安排训练项目,甚至可以人为设置一些故障进行训练,这是在实际舰艇上难以做到的,而这些训练对于研究舰艇性能和训练学员操纵是极为有益的。

  模拟器可以实时记录模拟训练时舰艇操纵的各个参数变化,根据记录的数据可以重演整个训练过程,并对本次训练作出总结和评价,还可使学员重新观察和研究自己的训练过程,发现其中的错误,改进训练,从而提高训练效率,缩短实际舰艇训练时间。

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