海洋工程船克令吊装卸作业数学模型研究

摘要

海洋资源是具有战略意义的新兴领域，开发海洋资源对海洋工程设备有着高度的依赖性，其中海洋工程船应用领域广泛，工程船上常用的设备—克令吊在货物的搬运、装卸等过程中起到了至关重要的作用。近年来，以计算机系统为核心和以操纵控制台为交互手段构成的各种仿真训练器已成为当今重大生产设备或过程控制设备运行人员上岗操作、培训的必备手段。由于克令吊数学模型的研究是海洋工程船起重机仿真训练器的核心技术，本文选取海洋工程船上最为常见的挺杆式克令吊为研究对象，研究其数学模型的建模方法，采用计算机仿真技术、图形图像技术、虚拟现实技术开发了海洋工程船挺杆式克令吊仿真系统的原型机，对于海上作业和操作人员的培训有着现实的指导意义。本文完成了如下主要工作:
　　1)给出了海洋工程船挺杆式克令吊装卸仿真系统的开发流程和系统框架，并阐述了本文所选择的建模方法、建模工具以及三维图形引擎的优点所在。
　　2)根据挺杆式克令吊的运动规律，利用拉格朗日方程建立了克令吊系统的动力学模型，并采用四阶龙格库塔方法实现了对动力学方程的求解，分析了克令吊在不同运动形式下的参数变化规律，通过与前人的仿真结果相比较，初步验证了所建模型的有效性。
　　3)基于MFC-OSG框架开发了海洋工程船克令吊装卸仿真系统的原型系统，通过集成本文所建立的克令吊动力学模型，利用OSG提供的节点回调三维动画可视化技术，实现了克令吊装卸作业过程的三维动态仿真。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 海洋工程船起重工艺介绍

1．3 国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 本文的研究内容及章节安排

第2章 克令吊仿真系统的架构及建模方法的选择

2．1 海洋工程船克令吊仿真系统的架构

2．1．1 虚拟现实技术

2．1．2 克令吊仿真系统的架构

2．2 建模方法及工具的选择

2．2．1 系统建模方法

2．2．2 三维建模软件的选择

2．3 本章小结

第3章 克令吊运动数学模型

3．1 克令吊系统的动力学模型

3．2 克令吊系统动力学模型仿真结果和分析

3．2．1 克令吊回转运动时仿真结果的分析

3．2．2 克令吊俯仰运动时仿真结果的分析

3．2．3 克令吊吊装重物的升降运动

3．3 本章小结

第4章 克令吊仿真系统的集成实现

4．1 基于MFC框架的OSG应用程序开发

4．1．1 微软基础类库MFC

4．1．2 三维渲染引擎OSG

4．1．3 基于MFC框架的OSG三维应用程序开发

4．2 克令吊空间运动的实现

4．2．1 OSG中克令吊运动的动画实现

4．2．2 节点访问器机制

4．2．3 人机交互的实现

4．3 克令吊运动仿真的主要程序描述

4．4 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 本文完成的主要工作

5．2 展望

参考文献

致谢

作者简介