一種動力定位控制系統硬體在環測試仿真器及其工作方法

2023-06-02 09:56:26

一種動力定位控制系統硬體在環測試仿真器及其工作方法
【專利摘要】本發明公開了一種動力定位控制系統硬體在環測試仿真器及其工作方法，所述仿真器包括實時I/O接口和動力定位控制系統仿真模塊，動力定位控制系統仿真模塊包括功率管理系統模塊、推進裝置模塊、船舶或海上浮式平臺運動模塊、位置參考系統模塊、故障模擬模塊、海洋環境模擬模塊和人機互動界面。動力定位控制系統仿真模塊通過實時I/O接口與擬測試動力定位控制系統實現實時數據交換，接收擬測試動力定位控制系統發送的推進系統的期望指令信號，並向擬測試動力定位控制系統發送動力定位控制系統仿真模塊仿真輸出信號。本發明可避免實船測試的危險，節省測試成本。本發明包含實時I/O接口，可與擬測試的動力定位控制系統直接連接，使用方便。
【專利說明】一種動力定位控制系統硬體在環測試仿真器及其工作方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及海洋工程領域的測試技術，特別是一種動力定位控制系統硬體在環測試仿真器及其工作方法，可應用於船舶或海上浮式平臺(如鑽井平臺等)動力定位控制系統的功能測試、性能測試、故障測試以及集成測試。

【背景技術】
[0002]隨著海洋開發步伐的加快，在船舶及海上浮式平臺運營方面，動力定位技術作為海洋資源開發與利用的基礎技術，其研發和製造將迎來廣闊的發展機遇。動力定位控制系統硬體在環測試仿真器為船舶或海上浮式平臺的動力定位控制系統提供新的測試和驗證方法。因此，動力定位控制系統硬體在環測試仿真器的研發勢在必行，必將帶來巨大的社會和經濟效益。
[0003]動力定位船舶或海上浮式平臺的成功操作越來越依賴於基於軟體的動力定位控制系統的集成功能。然而，與軟體相關的問題經常因硬體故障和/或人為操作錯誤而產生，導致船舶或海上浮式平臺作業時停機、成本增加和安全性降低等。另一方面，動力定位控制系統的實船檢驗危險性高且測試費用昂貴，很多測試在實船上難以進行，如故障檢測功能等。針對上述問題，將動力定位控制系統硬體在環測試仿真器應用於動力定位控制系統的測試和檢驗中，具有重要的現實意義。
[0004]大連海事大學王霞的碩士畢業論文「基於DSP的船舶運動智能控制硬體在環仿真系統的研究」(2010年)及大連海事大學沈智鵬等在《系統仿真學報》Vol.22，N0.12(2010年第12期)上發表的題為「船舶運動控制硬體在環仿真系統的研究」的論文，設計了一套船舶航向控制硬體在環仿真系統，包括船舶航向DSP控制器、船舶運動仿真系統、控制與監測系統三部分。
[0005]大連海事大學宋俊材的碩士畢業論文「基於TCP/IP的船舶運動控制硬體在環仿真系統的設計與實現」(2008年)，設計了一種船舶運動控制硬體在環仿真系統，該系統分為船舶運動控制器、船舶運動仿真系統、遠程控制與檢測系統三部分。
[0006]但是，上述系統功能簡單，均僅能在實驗室環境下為船舶航向控制算法研究及其控制器開發提供驗證平臺，不能實現動力定位控制系統的測試。


【發明內容】

[0007]為解決現有技術存在的上述問題，本發明要設計一種動力定位控制系統硬體在環測試仿真器及其工作方法，實現船舶或海上浮式平臺動力定位控制系統的功能測試、性能測試、故障測試以及集成測試。
[0008]為了實現上述目的，本發明的技術方案如下:一種動力定位控制系統硬體在環測試仿真器包括實時I/o接口和動力定位控制系統仿真模塊，所述的動力定位控制系統仿真模塊包括功率管理系統模塊、電源模塊、推進裝置模塊、船舶或海上浮式平臺運動模塊、位置參考系統模塊、故障模擬模塊、海洋環境模擬模塊和人機互動界面；所述的實時I/o接口分別與擬測試的動力定位控制系統和故障模擬模塊雙向連接，且其另一個輸入端與人機互動界面輸出端連接；所述的故障模擬模塊與人機互動界面雙向連接，且其另一個輸入端與功率管理系統模塊的輸出端連接；所述的功率管理系統模塊與電源模塊雙向連接；所述的電源模塊與推進裝置模塊雙向連接；所述的推進裝置模塊與故障模擬模塊雙向連接，且其另一個輸出端與船舶或海上浮式平臺運動模塊的一個輸入端連接；所述的船舶或海上浮式平臺運動模塊的另一個輸入端與海洋環境模擬模塊的輸出端連接，其輸出端與位置參考系統模塊的輸入端連接；所述的位置參考系統模塊輸出端與故障模擬模塊輸入端連接；所述的海洋環境模擬模塊輸入端與人機互動界面輸出端連接。
[0009]所述的動力定位控制系統仿真模塊通過I/O接口與擬測試動力定位控制系統實現實時數據交換，接收擬測試動力定位控制系統發送的推進系統的期望指令信號，並向擬測試動力定位控制系統發送動力定位控制系統仿真模塊仿真輸出信號，所述的仿真輸出信號包括電源模塊運行狀態、推進裝置的轉速及轉角、船舶或海上浮式平臺運行狀態信息。
[0010]所述的故障模擬模塊有兩種工作模式:故障模擬模式和非故障模擬模式；該模塊在故障模擬模式下模擬各種故障情況，該模塊在非故障模擬模式下不進行任何故障信息的模擬，僅相當於I/o接口，用戶通過人機互動界面設置控制指令實現上述兩種模式的切換。電源模塊與推進裝置模塊雙向連接，接收推進裝置模塊的轉速、轉角，並求得推進裝置所需的功率負載信息，並向推進裝置模塊提供工作所需的電流電壓。功率管理系統模塊與電源模塊雙向連接，接收電源模塊傳遞的電源模塊工作狀態信息和推進裝置模塊功率負載信息，功率管理系統模塊向電源模塊發送電源模塊控制指令，該指令用於保證電源模塊向推進裝置模塊提供足夠的功率；功率管理系統模塊通過故障模擬模塊向人機互動界面發送電源模塊工作狀態信息，通過故障模擬模塊及實時I/o接口向擬測試動力定位控制系統發送電源工作狀態信息。所述的海洋環境模擬模塊包括海洋環境擾動因素對船舶或海上浮式平臺產生的等效幹擾力和力矩數學模型，所述的海洋環境擾動因素包括風、浪和流。人機互動界面在VC開發平臺下實現各種控制功能指令的設定、測試結果實時顯示、測試結果分析、測試結果存檔，所述的控制功能指令包括測試控制指令、故障模擬模式指令、海洋環境模擬模式指令、海洋環境模擬設置指令及故障設置指令，通過VC與MATLAB混合編程技術實現人機互動界面與故障模擬模塊和海洋環境模擬模塊的數據傳遞；在擬測試動力定位控制系統測試過程中，用戶根據測試需求，通過人機互動界面設定相應的各種控制指令，分別發送給實時I/O接口、故障模擬模塊和海洋環境模擬模塊；人機互動界面通過故障模擬模塊接收位置參考系統模塊和推進裝置模塊的運行仿真結果信息，包括船舶或海上浮式平臺運行狀態、推進器運行狀態，並實時顯示對擬測試動力定位控制系統的測試結果；在測試結束後，人機互動界面根據測試結果對擬測試的動力定位控制系統進行合理有效的分析，並顯示分析結果，用戶下載測試結果數據，以便進行下一步的深入分析研究。推進裝置模塊由推進系統仿真模型和力轉換模型組成，推進系統仿真模型輸出推進裝置的實際轉速和方位角，力轉換模型將推進器實際轉速和方位角轉換為作用於船舶或海上浮式平臺的等效作用力與力矩，推進裝置模塊通過實時I/O接口及故障模擬模塊接收擬測試的動力定位控制系統的控制指令，所述的控制指令包括推進器期望轉速和方位角，並向擬測試的動力定位控制系統發送推進裝置模塊的實際運行狀態信息，同時也向船舶或海上浮式平臺運動模塊發送由推進裝置模塊的力轉換模型所產生的力與力矩信號。海洋環境模擬模塊接收人機互動界面的海洋環境擾動控制指令，經仿真運行得到海洋環境擾動力與力矩，並發送給船舶或海上浮式平臺運動模塊。船舶或海上浮式平臺運動模塊接收推進裝置模塊和海洋環境模擬模塊力與力矩信號，仿真運行，並將船舶或海上浮式平臺運動狀態信息發送給位置參考系統模塊。位置參考系統模塊接收船舶或海上浮式平臺運動模塊信息，並將其轉換為實際傳感器模擬信號，通過故障模擬模塊發送給人機互動界面，通過故障模擬模塊及實時I/o接口發送給擬測試動力定位控制系統。
[0011]本發明所述的功率管理系統模塊、電源模塊、推進裝置模塊、船舶或海上浮式平臺運動模塊、位置參考系統模塊、故障模擬模塊和海洋環境模擬模塊在MATLAB平臺下運行。
[0012]一種動力定位控制系統硬體在環測試仿真器的工作方法，包括以下步驟:
[0013]A、動力定位控制系統硬體在環測試仿真器的各個模塊初始化；
[0014]B、通過人機互動界面設置「測試控制」按鈕開啟/關閉；
[0015]C、人機互動界面根據「測試控制」按鈕的狀態，判斷是否需要開始測試，若不需要開始測試轉步驟Cl ;否則轉步驟C2 ；
[0016]Cl、實時I/O接口等待開啟指令，轉步驟B ;
[0017]C2、開啟實時I/O接口，動力定位控制系統仿真模塊通過實時I/O接口與擬測試動力定位控制系統實現雙向數據傳遞，接收擬測試動力定位控制系統的推進器指令信號，並向擬測試動力定位控制系統傳遞仿真運行結果信號；推進器指令信號包括推進器的指令運行方位角和轉速，仿真運行結果信號包括推進器的實際運行轉速和方位角、船舶或海上浮式平臺位置信息以及電源模塊工作狀態信息；
[0018]D、通過人機互動界面設置「故障模擬模式」開啟/關閉；
[0019]E、判斷是否開啟「故障模擬模式」，若不開啟，轉步驟El ;否則轉步驟E2 ；
[0020]E1、非故障模擬模式下，故障模擬模塊與推進裝置模塊實現雙向數據傳遞，同時故障模擬模塊通過實時I/o接口與擬測試動力定位控制系統實現雙向數據傳遞，轉步驟G ;
[0021]E2、故障模擬模式下，通過人機互動界面設定擬模擬的故障；
[0022]F、故障模擬模塊模擬所設定故障，與推進裝置模塊進行雙向數據傳遞，並通過實時I/o接口與擬測試動力定位控制系統進行雙向數據傳遞；
[0023]G、通過人機互動界面設置「海洋環境模擬」開啟/關閉；
[0024]H、判斷是否開啟海洋環境擾動模擬，若不開啟，轉步驟Hl ;否則轉步驟H2 ；
[0025]H1、海洋環境模擬模塊不向船舶或海上浮式平臺運動模塊發送仿真數據，轉步驟J ；
[0026]H2、若開啟海洋擾動環境模擬，通過人機互動界面設置期望的模擬海況；
[0027]1、海洋環境模擬模塊接收模擬海況信息，仿真運行，並向船舶或海上浮式平臺運動模塊發送模擬的環境擾動力與力矩仿真結果；
[0028]J、推進裝置模塊通過故障模擬模塊和實時I/O接口接收擬測試動力定位控制系統推進器指令信號，包括推進器的轉速和方位角，並將該指令信號發送給電源模塊；
[0029]K、電源模塊接收推進裝器指令信號，計算得出推進器功率負載信息，並發送給功率管理系統模塊，同時將電源模塊工作狀態信息發送給功率管理系統模塊；
[0030]L、功率管理系統模塊接收電源模塊工作狀態信息和推進器功率負載信息，仿真運行，並向電源模塊發送電源模塊控制指令，並通過故障模擬模塊和實時I/o接口向擬測試動力定位控制系統發送電源模塊的運行狀態信息；
[0031]M、電源模塊接收功率管理系統模塊的電源模塊控制指令，仿真運行，並將仿真結果發送給推進裝置模塊，仿真結果信息包括電源模塊提供給推進裝置模塊的電流和電壓值；
[0032]N、推進裝置模塊根據擬測試動力定位控制系統的推進器指令信號，進行仿真運行，並將其仿真運行結果，包括控制力與力矩信息，傳遞給船舶或海上浮式平臺運動模塊，通過故障模擬模塊將推進裝置實際運行狀態信息，如實際推進器轉速和方位角，發送給人機互動界面，將推進裝置實際運行狀態通過故障模擬模塊和實時I/o接口傳遞給擬測試動力定位控制系統；
[0033]O、船舶或海上浮式平臺運動模塊接收推進裝置模塊和海洋環境模擬模塊的仿真信息，開始仿真運行，並將運行結果發送給位置參考系統模塊；
[0034]P、位置參考系統模塊將其接收的船舶或海上浮式平臺的運行結果轉換為傳感器模擬信息，並通過故障模擬模塊發送給人機互動界面，通過故障模擬模塊和實時I/o接口發送給擬測試動力定位控制系統；
[0035]Q、人機互動界面顯示所接收信息，分析所接收信息，並顯示分析結果；
[0036]R、判斷是否要改變故障模式，若是，轉步驟D ;否則轉步驟S ;
[0037]S、判斷是否處於故障模擬模式下，若是，轉步驟T ;否則，轉步驟U ;
[0038]T、判斷是否改變故障模擬的形式，若是，轉步驟E2 ;否則，轉步驟U ;
[0039]U、判斷是否改變海洋環境模擬模式，若是，轉步驟G，否則轉步驟V ;
[0040]V、判斷是否處於海洋擾動模擬模式下，若是，轉步驟W ;否則，轉步驟X ;
[0041]W、判斷是否要改變模擬海況，若是，轉步驟H2 ;否則，轉步驟X ;
[0042]X、判斷是否結束對擬測試動力定位控制系統的測試工作，若是，結束仿真器程序運行；否則，轉步驟J。
[0043]本發明具有以下有益效果:
[0044]1、本發明通過硬體在環這一新的測試方法實現動力定位控制系統的測試，可避免實船測試的危險，節省測試成本。
[0045]2、本發明包含實時I/O接口，可與擬測試的動力定位控制系統直接連接，使用方便。
[0046]3、本發明可在工廠或碼頭等室內外對動力定位控制系統進行閉環測試，不受地域限制。
[0047]4、本發明包括船舶或海上浮式平臺運動模塊、電源模塊、功率管理系統模塊、推進裝置模塊、位置參考系統模塊、故障模擬模塊以及海洋環境模擬模塊；可模擬船舶或海上浮式平臺的運行狀態；可模擬電源、功率管理系統、推進系統、位置參考系統的工作狀態；用戶通過故障模擬模塊可模擬各種典型的故障模式；通過海洋環境模擬模塊，可人為設定各種複雜的工作海況；通過各模塊的集成協調工作對擬測試動力定位控制系統實現功能測試、性能測試、故障測試以及集成測試；由此可見本發明具有測試功能全面的優點。
[0048]5、本發明具有靈活而友好的人機互動界面，可對測試結果進行實時顯示、分析、存檔，清晰的展現分析結果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0049]本發明共有附圖2張，其中:
[0050]圖1是本發明的結構示意圖。
[0051 ] 圖2是本發明的流程圖。
[0052]圖中:1、功率管理系統模塊，2、電源模塊，3、推進裝置模塊，4、船舶或海上浮式平臺運動模塊，5、位置參考系統模塊，6、故障模擬模塊，7、海洋環境模擬模塊，8、實時I/O接口，9、擬測試動力定位控制系統，10、人機互動界面。

【具體實施方式】
[0053]下面結合附圖對本發明進行進一步地描述。如圖1所示，一種用於海洋工程領域的動力定位控制系統硬體在環測試仿真器包括實時I/o接口 8和動力定位控制系統仿真模塊，所述的動力定位控制系統仿真模塊包括功率管理系統模塊1、電源模塊2、推進裝置模塊3、船舶或海上浮式平臺運動模塊4、位置參考系統模塊5、故障模擬模塊6、海洋環境模擬模塊7和人機互動界面10。所述的實時I/O接口 8分別與擬測試的動力定位控制系統9和故障模擬模塊6雙向連接，且其另一個輸入端與人機互動界面10輸出端連接；所述的故障模擬模塊6與人機互動界面10雙向連接,且其另一個輸入端與功率管理系統模塊I的輸出端連接；所述的功率管理系統模塊I與電源模塊2雙向連接；所述的電源模塊2與推進裝置模塊3雙向連接；所述的推進裝置模塊3與故障模擬模塊6雙向連接，且其另一個輸出端與船舶或海上浮式平臺運動模塊4的一個輸入端連接；所述的船舶或海上浮式平臺運動模塊4的另一個輸入端與海洋環境模擬模塊7的輸出端連接，其輸出端與位置參考系統模塊5的輸入端連接；所述的位置參考系統模塊5輸出端與故障模擬模塊6輸入端連接；所述的海洋環境模擬模塊7輸入端與人機互動界面10輸出端連接。
[0054]一種應用於海洋工程領域的動力定位控制系統硬體在環測試仿真器的工作方法，如圖2所示，包括以下步驟:
[0055]A、動力定位控制系統硬體在環測試仿真器的各個模塊初始化；
[0056]B、通過人機互動界面10設置「測試控制」按鈕開啟/關閉；
[0057]C、人機互動界面10根據「測試控制」按鈕的狀態，判斷是否需要開始測試，若不需要開始測試轉步驟Cl ;否則轉步驟C2 ；
[0058]Cl、實時I/O接口 8等待開啟指令，轉步驟B;
[0059]C2、開啟實時I/O接口 8，動力定位控制系統仿真模塊通過實時I/O接口 8與擬測試動力定位控制系統9實現雙向數據傳遞，接收擬測試動力定位控制系統9的推進器指令信號，並向擬測試動力定位控制系統9傳遞仿真運行結果信號；推進器指令信號包括推進器的指令運行方位角和轉速，仿真運行結果信號包括推進器的實際運行轉速和方位角、船舶或海上浮式平臺位置信息以及電源模塊2工作狀態信息；
[0060]D、通過人機互動界面10設置「故障模擬模式」開啟/關閉；
[0061]E、判斷是否開啟「故障模擬模式」，若不開啟，轉步驟El ;否則轉步驟E2 ；
[0062]E1、非故障模擬模式下，故障模擬模塊6與推進裝置模塊3實現雙向數據傳遞，同時故障模擬模塊6通過實時I/O接口 8與擬測試動力定位控制系統9實現雙向數據傳遞，轉步驟G ；
[0063]E2、故障模擬模式下，通過人機互動界面10設定擬模擬的故障；
[0064]F、故障模擬模塊6模擬所設定故障，與推進裝置模塊3進行雙向數據傳遞，並通過實時I/o接口 8與擬測試動力定位控制系統9進行雙向數據傳遞；
[0065]G、通過人機互動界面10設置「海洋環境模擬」開啟/關閉；
[0066]H、判斷是否開啟海洋環境擾動模擬，若不開啟，轉步驟Hl ;否則轉步驟H2 ；
[0067]H1、海洋環境模擬模塊7不向船舶或海上浮式平臺運動模塊4發送仿真數據，轉步驟J;
[0068]H2、若開啟海洋擾動環境模擬，通過人機互動界面10設置期望的模擬海況；
[0069]1、海洋環境模擬模塊7接收模擬海況信息，仿真運行，並向船舶或海上浮式平臺運動模塊4發送模擬的環境擾動力與力矩仿真結果；
[0070]J、推進裝置模塊3通過故障模擬模塊6和實時I/O接口 8接收擬測試動力定位控制系統9推進器指令信號，包括推進器的轉速和方位角，並將該指令信號發送給電源模塊2 ；
[0071]K、電源模塊2接收推進裝器指令信號，計算得出推進器功率負載信息，並發送給功率管理系統模塊1，同時將電源模塊2工作狀態信息發送給功率管理系統模塊I ;
[0072]L、功率管理系統模塊I接收電源模塊2工作狀態信息和推進器功率負載信息，仿真運行，並向電源模塊2發送電源模塊控制指令，並通過故障模擬模塊6和實時I/O接口 8向擬測試動力定位控制系統9發送電源模塊2的運行狀態信息；
[0073]M、電源模塊2接收功率管理系統模塊I的電源模塊控制指令，仿真運行，並將仿真結果發送給推進裝置模塊3，仿真結果信息包括電源模塊2提供給推進裝置模塊3的電流和電壓值；
[0074]N、推進裝置模塊3根據擬測試動力定位控制系統9的推進器指令信號，進行仿真運行，並將其仿真運行結果，包括控制力與力矩信息，傳遞給船舶或海上浮式平臺運動模塊4，通過故障模擬模塊6將推進裝置實際運行狀態信息，如實際推進器轉速和方位角，發送給人機互動界面10，將推進裝置實際運行狀態通過故障模擬模塊6和實時I/O接口 8傳遞給擬測試動力定位控制系統9 ；
[0075]O、船舶或海上浮式平臺運動模塊4接收推進裝置模塊3和海洋環境模擬模塊7的仿真信息，開始仿真運行，並將運行結果發送給位置參考系統模塊5 ；
[0076]P、位置參考系統模塊5將其接收的船舶或海上浮式平臺的運行結果轉換為傳感器模擬信息，並通過故障模擬模塊6發送給人機互動界面10，通過故障模擬模塊6和實時I/O接口 8發送給擬測試動力定位控制系統9 ；
[0077]Q、人機互動界面10顯示所接收信息，分析所接收信息，並顯示分析結果；
[0078]R、判斷是否要改變故障模式，若是，轉步驟D ;否則轉步驟S ;
[0079]S、判斷是否處於故障模擬模式下，若是，轉步驟T ;否則，轉步驟U ;
[0080]T、判斷是否改變故障模擬的形式，若是，轉步驟E2 ;否則，轉步驟U ;
[0081]U、判斷是否改變海洋環境模擬模式，若是，轉步驟G，否則轉步驟V ;
[0082]V、判斷是否處於海洋擾動模擬模式下，若是，轉步驟W ;否則，轉步驟X ;
[0083]W、判斷是否要改變模擬海況，若是，轉步驟H2 ;否則，轉步驟X ;
[0084]X、判斷是否結束對擬測試動力定位控制系統9的測試工作，若是，結束動力定位控制系統硬體在環測試仿真器程序運行；否則，轉步驟J。
【權利要求】
1.一種動力定位控制系統硬體在環測試仿真器，其特徵在於:包括實時I/o接口(8)和動力定位控制系統仿真模塊，所述的動力定位控制系統仿真模塊包括功率管理系統模塊(I)、電源模塊(2)、推進裝置模塊(3)、船舶或海上浮式平臺運動模塊(4)、位置參考系統模塊(5)、故障模擬模塊(6)、海洋環境模擬模塊(7)和人機互動界面(1);所述的實時I/O接口(8)分別與擬測試的動力定位控制系統(9)和故障模擬模塊(6)雙向連接，且其另一個輸入端與人機互動界面(10)輸出端連接；所述的故障模擬模塊￠)與人機互動界面(10)雙向連接，且其另一個輸入端與功率管理系統模塊(I)的輸出端連接；所述的功率管理系統模塊(I)與電源模塊(2)雙向連接；所述的電源模塊(2)與推進裝置模塊(3)雙向連接；所述的推進裝置模塊(3)與故障模擬模塊(6)雙向連接，且其另一個輸出端與船舶或海上浮式平臺運動模塊(4)的一個輸入端連接；所述的船舶或海上浮式平臺運動模塊(4)的另一個輸入端與海洋環境模擬模塊(7)的輸出端連接，其輸出端與位置參考系統模塊(5)的輸入端連接；所述的位置參考系統模塊(5)輸出端與故障模擬模塊(6)輸入端連接；所述的海洋環境模擬模塊(7)輸入端與人機互動界面(10)輸出端連接； 所述的動力定位控制系統仿真模塊通過實時I/O接口(8)與擬測試動力定位控制系統(9)實現實時數據交換，接收擬測試動力定位控制系統(9)發送的推進系統的期望指令信號，並向擬測試動力定位控制系統(9)發送動力定位控制系統仿真模塊仿真輸出信號，所述的仿真輸出信號包括電源模塊(2)運行狀態、推進裝置的轉速及轉角、船舶或海上浮式平臺運行狀態信息； 所述的故障模擬模塊(6)有兩種工作模式:故障模擬模式和非故障模擬模式；該模塊在故障模擬模式下模擬各種故障情況，該模塊在非故障模擬模式下不進行任何故障信息的模擬，僅相當於I/O接口，用戶通過人機互動界面(10)設置控制指令實現上述兩種模式的切換；電源模塊⑵與推進裝置模塊⑶雙向連接，接收推進裝置模塊⑶的轉速、轉角，並求得推進裝置所需的功率負載信息，並向推進裝置模塊(3)提供工作所需的電流電壓；功率管理系統模塊(I)與電源模塊(2)雙向連接，接收電源模塊(2)傳遞的電源模塊(2)工作狀態信息和推進裝置模塊(3)功率負載信息，功率管理系統模塊(I)向電源模塊(2)發送電源模塊(2)控制指令，該指令用於保證電源模塊(2)向推進裝置模塊(3)提供足夠的功率；功率管理系統模塊(I)通過故障模擬模塊￠)向人機互動界面(10)發送電源模塊(2)工作狀態信息，通過故障模擬模塊(6)及實時I/O接口⑶向擬測試動力定位控制系統(9)發送電源工作狀態信息；所述的海洋環境模擬模塊(7)包括海洋環境擾動因素對船舶或海上浮式平臺產生的等效幹擾力和力矩數學模型，所述的海洋環境擾動因素包括風、浪和流；人機互動界面(10)在VC開發平臺下實現各種控制功能指令的設定、測試結果實時顯示、測試結果分析、測試結果存檔，所述的控制功能指令包括測試控制指令、故障模擬模式指令、海洋環境模擬模式指令、海洋環境模擬設置指令及故障設置指令，通過VC與MATLAB混合編程技術實現人機互動界面(10)與故障模擬模塊(6)和海洋環境模擬模塊(7)的數據傳遞；在擬測試動力定位控制系統(9)測試過程中，用戶根據測試需求，通過人機互動界面(10)設定相應的各種控制指令，分別發送給實時I/O接口(8)、故障模擬模塊(6)和海洋環境模擬模塊(7);人機互動界面(10)通過故障模擬模塊(6)接收位置參考系統模塊(5)和推進裝置模塊(3)的運行仿真結果信息，包括船舶或海上浮式平臺運行狀態、推進器運行狀態，並實時顯示對擬測試動力定位控制系統(9)的測試結果；在測試結束後，人機互動界面(10)根據測試結果對擬測試的動力定位控制系統進行合理有效的分析，並顯示分析結果，用戶下載測試結果數據，以便進行下一步的深入分析研究；推進裝置模塊(3)由推進系統仿真模型和力轉換模型組成，推進系統仿真模型輸出推進裝置的實際轉速和方位角，力轉換模型將推進器實際轉速和方位角轉換為作用於船舶或海上浮式平臺的等效作用力與力矩，推進裝置模塊(3)通過實時I/O接口(8)及故障模擬模塊(6)接收擬測試的動力定位控制系統的控制指令，所述的控制指令包括推進器期望轉速和方位角，並向擬測試的動力定位控制系統發送推進裝置模塊(3)的實際運行狀態信息，同時也向船舶或海上浮式平臺運動模塊(4)發送由推進裝置模塊(3)的力轉換模型所產生的力與力矩信號；海洋環境模擬模塊(7)接收人機互動界面(10)的海洋環境擾動控制指令，經仿真運行得到海洋環境擾動力與力矩，並發送給船舶或海上浮式平臺運動模塊(4);船舶或海上浮式平臺運動模塊(4)接收推進裝置模塊(3)和海洋環境模擬模塊(7)力與力矩信號，仿真運行，並將船舶或海上浮式平臺運動狀態信息發送給位置參考系統模塊(5);位置參考系統模塊(5)接收船舶或海上浮式平臺運動模塊(4)信息，並將其轉換為實際傳感器模擬信號，通過故障模擬模塊(6)發送給人機互動界面(10)，通過故障模擬模塊(6)及實時I/O接口(8)發送給擬測試動力定位控制系統(9)。
2.根據權利要求1所述的一種動力定位控制系統硬體在環測試仿真器，其特徵在於:所述的功率管理系統模塊(I)、電源模塊(2)、推進裝置模塊(3)、船舶或海上浮式平臺運動模塊(4)、位置參考系統模塊(5)、故障模擬模塊(6)和海洋環境模擬模塊(7)在MATLAB平臺下運行。
3.一種動力定位控制系統硬體在環測試仿真器的工作方法，其特徵在於:包括以下步驟: A、動力定位控制系統硬體在環測試仿真器的各個模塊初始化； B、通過人機互動界面(10)設置「測試控制」按鈕開啟/關閉； C、人機互動界面(10)根據「測試控制」按鈕的狀態，判斷是否需要開始測試，若不需要開始測試轉步驟Cl ;否則轉步驟C2 ； Cl、實時I/O接口(8)等待開啟指令，轉步驟B; C2、開啟實時I/O接口(8)，動力定位控制系統仿真模塊通過實時I/O接口(8)與擬測試動力定位控制系統(9)實現雙向數據傳遞，接收擬測試動力定位控制系統(9)的推進器指令信號，並向擬測試動力定位控制系統(9)傳遞仿真運行結果信號；推進器指令信號包括推進器的指令運行方位角和轉速，仿真運行結果信號包括推進器的實際運行轉速和方位角、船舶或海上浮式平臺位置信息以及電源模塊(2)工作狀態信息； D、通過人機互動界面(10)設置「故障模擬模式」開啟/關閉； E、判斷是否開啟「故障模擬模式」，若不開啟，轉步驟El;否則轉步驟E2 ； E1、非故障模擬模式下，故障模擬模塊(6)與推進裝置模塊(3)實現雙向數據傳遞，同時故障模擬模塊(6)通過實時I/O接口(8)與擬測試動力定位控制系統(9)實現雙向數據傳遞，轉步驟G ; E2、故障模擬模式下，通過人機互動界面(10)設定擬模擬的故障； F、故障模擬模塊(6)模擬所設定故障，與推進裝置模塊(3)進行雙向數據傳遞，並通過實時I/O接口(8)與擬測試動力定位控制系統(9)進行雙向數據傳遞； G、通過人機互動界面(10)設置「海洋環境模擬」開啟/關閉； H、判斷是否開啟海洋環境擾動模擬，若不開啟，轉步驟Hl;否則轉步驟H2 ； H1、海洋環境模擬模塊(7)不向船舶或海上浮式平臺運動模塊(4)發送仿真數據，轉步驟J; H2、若開啟海洋擾動環境模擬，通過人機互動界面(10)設置期望的模擬海況； I、海洋環境模擬模塊(7)接收模擬海況信息，仿真運行，並向船舶或海上浮式平臺運動模塊(4)發送模擬的環境擾動力與力矩仿真結果； J、推進裝置模塊(3)通過故障模擬模塊(6)和實時I/O接口(8)接收擬測試動力定位控制系統(9)推進器指令信號，包括推進器的轉速和方位角，並將該指令信號發送給電源模塊⑵； K、電源模塊(2)接收推進裝器指令信號，計算得出推進器功率負載信息，並發送給功率管理系統模塊(I)，同時將電源模塊(2)工作狀態信息發送給功率管理系統模塊(I)； L、功率管理系統模塊(I)接收電源模塊(2)工作狀態信息和推進器功率負載信息，仿真運行，並向電源模塊(2)發送電源模塊(2)控制指令，並通過故障模擬模塊(6)和實時I/O接口⑶向擬測試動力定位控制系統(9)發送電源模塊(2)的運行狀態信息； M、電源模塊(2)接收功率管理系統模塊(I)的電源模塊(2)控制指令，仿真運行，並將仿真結果發送給推進裝置模塊(3)，仿真結果信息包括電源模塊(2)提供給推進裝置模塊(3)的電流和電壓值； N、推進裝置模塊(3)根據擬測試動力定位控制系統(9)的推進器指令信號，進行仿真運行，並將其仿真運行結果，包括控制力與力矩信息，傳遞給船舶或海上浮式平臺運動模塊(4)，通過故障模擬模塊(6)將推進裝置實際運行狀態信息，如實際推進器轉速和方位角，發送給人機互動界面(10)，將推進裝置實際運行狀態通過故障模擬模塊(6)和實時I/O接口(8)傳遞給擬測試動力定位控制系統(9)； O、船舶或海上浮式平臺運動模塊(4)接收推進裝置模塊(3)和海洋環境模擬模塊(7)的仿真信息，開始仿真運行，並將運行結果發送給位置參考系統模塊(5)； P、位置參考系統模塊(5)將其接收的船舶或海上浮式平臺的運行結果轉換為傳感器模擬信息，並通過故障模擬模塊(6)發送給人機互動界面(10)，通過故障模擬模塊(6)和實時I/O接口(8)發送給擬測試動力定位控制系統(9)； Q、人機互動界面(10)顯示所接收信息，分析所接收信息，並顯示分析結果； R、判斷是否要改變故障模式，若是，轉步驟D ;否則轉步驟S ; S、判斷是否處於故障模擬模式下，若是，轉步驟T ;否則，轉步驟U ; T、判斷是否改變故障模擬的形式，若是，轉步驟E2 ;否則，轉步驟U ; U、判斷是否改變海洋環境模擬模式，若是，轉步驟G，否則轉步驟V ; V、判斷是否處於海洋擾動模擬模式下，若是，轉步驟W ;否則，轉步驟X ; W、判斷是否要改變模擬海況，若是，轉步驟H2 ;否則，轉步驟X ; X、判斷是否結束對擬測試動力定位控制系統(9)的測試工作，若是，結束動力定位控制系統硬體在環測試仿真器程序運行；否則，轉步驟J。
【文檔編號】G05D1/02GK104267606SQ201410581902
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月24日 優先權日:2014年10月24日
【發明者】杜佳璐, 孫玉清, 王瑞 申請人:大連海事大學