基于VB DLL船舶航向保持系统仿真

摘要

船舶航向保持是船舶运动控制中的一类热点研究问题，众多科研人员已通过Matlab进行仿真并取得了良好的控制效果，得出了一些具有理论参考意义的结果。但由于Matlab难以直接应用于工程实践，因此本文采用VB6.0进行仿真。设计的控制器在恶劣海况和各种干扰条件下都能达到良好的控制效果。要保护设计的高性能的控制器算法不被滥用，就要求控制器核心代码具有保密性。因此本文采用DLL编写控制算法程序。 本文采用的船舶运动数学模型为六自由度的Norrbin非线性模型。控制器设计方面采用两种方式，一种运用一阶闭环增益成形算法设计，另一种运用二阶闭环增益成形算法设计。在实际编程仿真中，对控制器分别采用差分反演法和双线性变换法进行离散。控制算法采用VB6.0中的ActiveX DLL进行编程，编译生成.dll文件。在船舶航向保持程序运行时引用该文件即可。 采用VB6.0进行仿真模拟，实验效果良好。在风力8级、风向角900的恶劣海况条件下，基于闭环增益成形算法设计的控制器能较好的保持航向，仿真效果良好，控制器具有较好的控制性能。由于控制器是用名义模型设计的，而仿真时采用了非线性模型，故控制器具有一定的鲁棒性。 本文采用VB6.0设计船舶航向保持系统，用Flash8.0创建开篇动画，增加用户登录界面，主程序中包含修改密码、添加用户、设置参数，显示仿真曲线等功能。程序操作性强，用户使用方便。通过系统仿真曲线可以看出设计的控制器在恶劣海况条件下控制效果良好，精度较高，具有鲁棒性。程序运行时调用控制器算法的.dll文件，能有效的保护控制器算法，对控制器保密起到良好的效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究课题的提出及选题意义

1.2课题背景及国内外的研究情况

1.2.1船舶运动控制仿真研究概述

1.2.2船舶航向自动舵发展及国内外研究现状

1.2.3软件保密技术简介

1.2.4 DLL简介

1.3论文的结构

第2章船舶运动数学模型

2.1综述

2.2船舶平面运动的运动学

2.3流体动力导数

2.4状态空间型船舶平面运动线性数学模型

2.4.1二自由度状态空间型船舶线性数学模型

2.4.2三个自由度的线性船舶运动方程式

2.4.3四自由度状态空间型船舶线性数学模型

2.5船舶运动的干扰力数学模型

2.5.1风的干扰数学模型

2.5.2浪的干扰数学模型

2.6状态空间型船舶平面运动非线性数学模型

2.6.1 Norrbin关于非线性力的简化表示式

2.6.2三个自由度的非线性船舶运动方程式

2.6.3响应型非线性数学模型

2.7传递函数型的船舶运动数学模型

2.7.1 3阶传递函数模型

2.7.2 2阶传递函数模型(Nomoto模型)

第3章基础理论与控制策略

3.1船舶运动控制策略综述

3.2 H∞鲁棒控制理论

3.2.1 H∞鲁棒控制理论的概念和实质

3.2.2 H∞鲁棒控制理论的特点

3.3 H∞控制的主要算法和理论

3.3.1混合灵敏度算法

3.3.2 μ分析

3.3.3回路成形算法

3.3.4闭环增益成形控制算法

3.4基于闭环增益成形的鲁棒PID算法

第4章总体设计与实现

4.1总体设计

4.2基于闭环增益成形算法的船舶航向保持鲁棒控制器的设计

4.2.1控制器离散算法

4.2.2船舶操纵性指数的意义

4.2.3 ActiveX DLL编写代码

4.2.4 ActiveX DLL实现代码复用和保密

4.2.5基于闭环增益成形算法的航向保持实现

4.3 Flash制作开篇动画

4.3.1 Flash的基本知识简介

4.3.2开篇动画实现

4.4用户登录设置

4.5程序结构设计

4.6界面设计及实现

4.6.1主窗体设计

4.6.2参数窗体设计

结论

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

研究生履历