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基于XNA的拨叉式舵机系统虚拟现实的实现

基于XNA的拨叉式舵机系统虚拟现实的实现

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作者：苏玉龙大连海事大学

学位级别：硕士

近年来,船舶科技水平不断提高,社会对船舶操作人员的技术要求也越来越高,因此国际海事组织颁布了"STCW78/95"公约来强化对船员的操作技能培训。相比于船舶实际机舱的现场培训,轮机模拟器无论是在经济性还是在便利性方面均具有无可比拟... 详细信息

近年来,船舶科技水平不断提高,社会对船舶操作人员的技术要求也越来越高,因此国际海事组织颁布了"STCW78/95"公约来强化对船员的操作技能培训。相比于船舶实际机舱的现场培训,轮机模拟器无论是在经济性还是在便利性方面均具有无可比拟的优势。传统的轮机模拟器多为平面形式,被培训者缺少身临其境的真实感受,影响培训的效果。而虚拟现实技术和现有的平面轮机模拟器相结合所构筑的三维虚拟机舱,可以使被培训者沉浸在虚拟环境中漫游、操作,不仅是一种非常理想的培训方式,而且具有很高的教学和科研价值。本文以大连港“集发渤海”号集装箱船的拨叉式舵机系统为模拟对象,研究虚拟现实技术和轮机模拟器逻辑相结合的实现方法。首先,文章介绍了拨叉式舵机系统的结构组成、工作原理和操作方法,分析了转舵机构的转动原理和液压系统的流动特性。参照已有的建模思想,在适当简化的基础上,建立了拨叉式舵机系统的动态数学模型。然后基于该数学模型,利用MATLAB/Simulink工具箱中的SimHydraulics液压传动与控制系统仿真工具对拨叉式舵机系统进行了实时仿真。本文将仿真结果与国际海事组织及国内有关部门的规定相比较,确保仿真模型的正确性。在确保仿真结果正确的基础上,文章对仿真模型的参数变化曲线进行处理,构造出转舵压力等液压系统参数与舵角的关系函数,并拟合出相关曲线,以便于在虚拟环境中与三维模型相结合。文章利用三维建模软件绘制了拨叉式舵机系统的三维模型,并对其进行了渲染优化处理,然后将模型导入了XNA三维开发平台。在XNA平台下,利用C#编程语言,将MATLAB的仿真结果与舵机系统的三维实体相结合,构建出与实船环境相似的虚拟现实场景。本文所涉及的研究对于将来在船舶轮机系统虚拟场景中显示系统实时运行参数,轮机模拟器和虚拟现实技术相结合具有一定的参考价值。相信随着系统数学模型的不断改进完善,真正意义上与虚拟场景相结合的物理模型一定可以实现。

关键词：拨叉式舵机系统 SimHydraulics仿真 XNA 虚拟现实

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