基于虚拟现实的船舶电站仿真训练系统的研究

摘要

船舶电站不仅是保证船舶顺利航行和船舶正常工作的一个重要的子系统，也是船舶电力系统的核心。它在保证给最恶劣的海洋环境下船舶负载连续供电的同时，也要保证工况多变情况下维持较高的供电品质。因此，除了提高现代船舶电站设备性能之外，还应该提高船舶电气管理人员的操作技能与素质。但是，传统的各类电站培训系统与实际电站系统差别很大，且需大量投资、受场地影响、存在污染环境、维修保养困难、某些训练项目具有很高危险性等诸多问题，与此同时，也不可能为满足培训要求，使电站设备停止运行或制造事故来训练学员。
　　本课题依托于江苏镇江船艇学院电站仿真训练系统的研究项目，提出基于虚拟现实技术的具有经济性好、交互功能好、安全性高、可视化效果好和训练效率高等优点的船舶仿真训练系统研究的任务。以该实际船舶电站为研究背景，结合虚拟现实技术对船舶电站仿真训练系统进行的探讨和研究，本文的研究具有明确的工程应用背景和实用价值，其主要内容包括以下几个方面：
　　1.介绍本课题的研究背景、意义以及虚拟现实技术在国内外的相关究现状，并提出本课题的主要的研究内容和组织结构。
　　2.主要研究虚拟现实技术，深入分析其技术特征，引出与其它仿真技术的区别，通过对实现船舶仿真训练系统的一些主要工具进行比较，得出实现本课题的建模工具和虚拟现实开发工具。
　　3.对船舶电站的组成结构、运行特点、运行要求进行分析，然后建立船舶电站主要电气设备柴油原动机、原动机调速器、调节励磁电压的励磁系统、同步发电机、蓄电池和负载的数学模型，并对同步发电机组的数学模型进行MATLAB/Simulink仿真分析。
　　4.分析船舶电站设备的三维模型的建立过程和建模过程中应注意的问题，然后导出后缀名为.nmo三维模型。
　　5.把建立好的三维模型导入Virtools平台下，对场景进行一系列修改之后，在该平台下用鼠标拖拽Building Block/Category/Behavior Name下的漫游控制BB模块进入Schematic脚本编辑区，根据控制逻辑连接起来，并对电站设备的碰撞检测进行设置，实现用键盘和鼠标控制电站环境的漫游。
　　6.先对该仿真训练系统进行分析，创建以Virtools为平台基础船舶电站设备的交互脚本程序，然后以SQL Server2000为基础，建立船舶电站及其相应设备信息数据库数据为桥梁通过ODBC程序驱动数据库，实现Virtools和数据库平台间数据共享和交互，并在MFC开发环境下编写读写数据库的应用程序，以实现数据库与MFC的交互。最后，得到以数据访问为基础的教师机控制学生机的船舶电站仿真训练系统。

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英文摘要

目录

第1章 绪论

1. 1研究背景及意义

1. 2虚拟现实技术在国内外的研究现状

1. 3课题研究的主要内容和组织结构

第2章 虚拟现实技术

2. 1虚拟现实技术概述及技术特征

2. 2工具选择

2. 3本章小结

第3章 船舶电站系统概述及其主要电气设备的数学模型

3. 1船舶电站概述

3. 2主要电气设备数学模型

3. 3仿真结果分析

3. 4本章小结

第4章 船舶电站设备三维模型的建立

4. 1三维模型的建立

4. 2导出电站三维模型

4. 3本章小结

第5章 船舶电站虚拟漫游系统的实现

5. 1虚拟漫游的实现

5. 2 键盘和鼠标实现漫游

5. 3本章小结

第6章 船舶电站虚拟仿真训练系统的实现

6. 1系统概述

6. 2系统功能

6.3 Virtools平台下的交互实现

6. 4数据库的设计

6. 5基于数据库平台间的交互

6. 6教师机和学员机的实现

6. 7本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录

致谢