交通運(yùn)輸論文-基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的船舶輔鍋爐控制系統(tǒng)研究

1、交通運(yùn)輸論文-基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的船舶輔鍋爐控制系統(tǒng)研究                       李建偉 徐軼群 楊國豪 論文關(guān)鍵詞：船舶輔鍋爐  虛擬現(xiàn)實(shí)  控制 論文摘要：結(jié)合實(shí)船燃油輔鍋爐的實(shí)際情況和具體操作要求，通過建立維模型、人機(jī)交互、Web 3D網(wǎng)頁瀏覽技術(shù)等米構(gòu)建船舶輔鍋爐虛擬操控系統(tǒng)，到達(dá)以

2、虛擬操作代替實(shí)際操作，節(jié)省開支、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程培訓(xùn)、以及人機(jī)交互的目的，克服了船舶輔鍋爐控制系統(tǒng)實(shí)際訓(xùn)練中不可防止的資源消耗、維護(hù)費(fèi)用高等難題。 輔鍋爐是船舶動力裝置中的重要組成局部其控制的可靠性和經(jīng)濟(jì)性對保證船舶平安航行有著重要的意義。 船舶輔鍋爐是一個多輸入、多輸出且相互關(guān)聯(lián)的復(fù)雜的控制對象，其實(shí)際操作必須遵循嚴(yán)格的步驟，在實(shí)習(xí)和教學(xué)環(huán)節(jié)中，實(shí)現(xiàn)每個人都進(jìn)行實(shí)際操作有難度。因燃油運(yùn)行本錢且可能出現(xiàn)操作失誤，會給實(shí)習(xí)和教學(xué)帶來一定的困難和不平安因素。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的產(chǎn)生，這些問題將逐步得到解決。 1  控制系統(tǒng)的組成 輔鍋爐是船舶上最早實(shí)現(xiàn)自動控制的裝置之一，其控制工程包括：

3、水位自動控制，燃燒自動控制 ，鍋爐點(diǎn)火及燃燒 時序 自動控制和 自動平安保護(hù)。 1)水位自動控制?？刂平o水量的多少，使進(jìn)人鍋爐的給水量大致大于鍋爐的蒸發(fā)量。 在蒸發(fā)量比擬小、蒸汽壓力比擬低的船舶輔鍋爐中，大局部采用雙水位自動控制系統(tǒng)。雙水位控制系統(tǒng)指輔鍋爐的水位可以在一定范圍內(nèi)波動，輔鍋爐水位所允許的變化范圍是 60120 mm。當(dāng)水位下降到水位下限時，自動起動給水泵 ，給水泵開始向輔鍋爐供水，輔鍋爐水位就會逐漸升高 ；當(dāng)給水量到達(dá)一定限度，也就是水位上限時，給水泵自動停止工作，不再向輔鍋爐供水。  2)

4、燃燒自動控制。被控量是輔鍋爐內(nèi)的蒸汽壓力，根據(jù)汽壓的上下自動改變進(jìn)入爐膛的噴油量和送風(fēng)量。  對貨船輔鍋爐，燃燒自動控制系統(tǒng)的要求簡單、可靠，對輔鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性要求不是很嚴(yán)格，大多數(shù)這樣的輔鍋爐采用汽壓的雙位控制，少數(shù)采用比例控制，并保證輔鍋爐在不同負(fù)荷下，其送風(fēng)量根本適應(yīng)噴油量的要求。在油船輔鍋爐中，要求汽壓必須穩(wěn)定，同時對輔鍋爐的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性要求比擬高，這樣輔鍋爐才能在不同的負(fù)荷情況下，保證有一個最正確的風(fēng)油比，所以通常采用比例積分控制或更好的控制算法。 3)點(diǎn)火及燃燒時序控制。給鍋爐一個起動信號后，按時序的先后進(jìn)行預(yù)掃風(fēng)、預(yù)點(diǎn)火、噴油點(diǎn)火，點(diǎn)火成功后對鍋爐進(jìn)行預(yù)熱，接著轉(zhuǎn)入正常

5、燃燒的負(fù)荷控制階段，同時對鍋爐進(jìn)行一系列的平安保護(hù)。 按下輔鍋爐啟動按鈕后，自動啟動燃油泵和鼓風(fēng)機(jī)，關(guān)閉燃油電磁閥使燃油在輔鍋爐外面循環(huán)，此時風(fēng)門開的最大，以最大風(fēng)量進(jìn)行預(yù)掃風(fēng)，防止?fàn)t內(nèi)殘存的油氣在點(diǎn)火中產(chǎn)生冷爆。 預(yù)掃風(fēng)的時間根據(jù)輔鍋爐的結(jié)構(gòu)形式不同而異，一般是 206O S。到達(dá)預(yù)掃風(fēng)的時問后自動關(guān)小風(fēng)門，同時點(diǎn)火電極打出火花進(jìn)行預(yù)點(diǎn)火，時間約為3 S。然后翻開燃油電磁閥或開大回油閥，或讓一個油頭噴油工作，即以小風(fēng)量和少噴油進(jìn)行點(diǎn)火。點(diǎn)火成功后，先維持一段 時間低火燃燒，對輔鍋爐進(jìn)行預(yù)熱，再開大風(fēng)門關(guān)小 回油閥或增加一個油頭向爐膛噴油，使輔

6、鍋爐轉(zhuǎn)入高火燃燒，即進(jìn)入正常燃燒的負(fù)荷控制階段。在預(yù)定的時間內(nèi)假設(shè)點(diǎn)火不成功或風(fēng)機(jī)失壓、中間熄火等，會自動停爐，待故障排除后按恢復(fù)按鈕使時序控制恢復(fù)到起動前的狀態(tài)，方能重新起動輔鍋爐  。  2 設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)  該系統(tǒng)采用 TCPIP結(jié)構(gòu)，是一個開放 的模塊化環(huán)境 ，系統(tǒng) 的管理和三維模型 的實(shí)時渲染都在 web效勞器上運(yùn)行 ，客戶端只要連接到 Internet上的任意一 臺計(jì)算機(jī)，下載一個很小的網(wǎng)頁插件就可以遍覽該系統(tǒng)。而它的實(shí)現(xiàn)方式就是通過網(wǎng)絡(luò)傳輸反映三

7、維場景的模型文件，用戶根據(jù)自己的需求將相應(yīng)的模型文件下載到客戶端，通過網(wǎng)頁插件來提供對模型文件的動態(tài)實(shí)施和實(shí)時渲染。方案流程見圖 1。 3  三維實(shí)體模型的建立 維實(shí)體模型是該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)漫游和交互的根底，模型的好壞直接影響運(yùn)行的效果和客戶端瀏覽的逼真度。粗糙 的模型，不能給人視覺上的美感，失去原有實(shí)體模型 的真實(shí)性；模型建得過細(xì)，就會降低場景圖形的繪制效率，同時給渲染和計(jì)算機(jī)的顯示帶來麻煩，因此建模過程中，平衡模型細(xì)節(jié)度和復(fù)雜度顯得尤為重要。  采用 3ds max進(jìn)行建模。逐級對船舶輔鍋爐的組成局部，各組成局部中的

8、零部件進(jìn)行分割，根據(jù)部件的形狀和工作特征，選擇不同的建模方法，然后把個部件組合成完整的三維場景，最后導(dǎo)入到虛擬編輯器(VRP編輯器)，以供底層的程序進(jìn)行控制，形成一個完整動態(tài)模型。圖 2為鍋爐控制面版 的三維圖形。 4  交互功能的實(shí)現(xiàn)  在交互功能的實(shí)現(xiàn)過程中，首先使用 VisuaC+中的 MFC框架來設(shè)計(jì)效勞器的用戶界面根據(jù)界面定義的功能，使用網(wǎng)絡(luò)類作為基類來設(shè)計(jì)一個專門處理自己窗口通信消息的網(wǎng)絡(luò)對象通過消息函數(shù)(CRemoteTestDlg：()nButtonStartVrp()調(diào)入設(shè)計(jì)的三維場景，通過控件定義相應(yīng)事件

9、處理函數(shù)來驅(qū)動三維場景，從而實(shí)現(xiàn)對j維場景 中模型的控制 。  在=三維虛擬文件與 HIMI 網(wǎng)頁結(jié)合上采用超鏈接的方式：在 HTMI 網(wǎng)頁中，通過超鏈 接的設(shè)置來實(shí)現(xiàn)同維虛擬文件的結(jié)合。瀏覽者可以通過激活超鏈接來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁與虛擬現(xiàn)實(shí)場景的轉(zhuǎn)換，雙方的平面顯示空間不受約束，為場景中的一些重要細(xì)節(jié)呈現(xiàn)提供更廣闊的空間。例如，當(dāng)用戶點(diǎn)擊視點(diǎn)切換文本框 中的一個超鏈接 ，維虛擬場景中的視點(diǎn)就會 自動切換到相對應(yīng)的場景。 以輔鍋爐水位控制算法程序?yàn)槔f明交互的實(shí)現(xiàn)機(jī)制 。&#

10、160; 水位控制的算法分為水位控制的運(yùn)動算法和模擬水的行為算法。水位控制的運(yùn)動算法相對簡單 ，根據(jù)鍋爐的運(yùn)行狀態(tài) ，水位做相應(yīng)的變化 ，可以勻速上升、勻速下降、加速上升、加速下降以及在某一水平線的波動。模擬水的行為算法是實(shí)現(xiàn)水位控制虛擬化的核心，采用四連通的五位區(qū)域采樣方法，將四連通周圍的五個點(diǎn)求平均值；通過引入阻尼系數(shù)來模擬水波上升或下降的震動效果，并反映到導(dǎo)航圖中；然后通過激活水波使整個水位控制更接近實(shí)際，真正到達(dá)虛擬仿真的效果以下是模擬水的行為算法的局部程序：  for Y：一1 toM AXY一 do&#

11、160;again  for x：一 1 to MAXY一 1 do again  xDiff：一Trunc(WaveMapEx+1，y一WaveMapEx)；  yDiff：一Trunc(WaveMapE X，y+1一WaveMapE xy2)；  xAngle：arctan(xDiff)；  xRefraction：一aresin(sin(xAngle)rlndex)；  xDisplace：一Trunc(tan(xRefraction)&#

12、160; xDiff)；  yAngle：arctan(yDiff)；  yRefraction：一arcsin(sin(yAngle)rlndex)；  yDisplace：=Trunc(tan(yRefraction)  yDiff)；  if xDiff<0 then begin當(dāng)處在高水位時 ，殲始下降 if yDiff< 0 then newcolor：=BackgroundImageX xDisplace，YyDispla

13、ce；  else  newcolor：一Backgroundhnagex  x1)isplace，Y+yDisplace；  if yDiff<0 then當(dāng)處于低低水位時，開始上升 newcolor：一 BackgroundlmagexxI)isplace，YyDisplace；  else  newcolor：-_BackgroundlmageX  xI)isplace，Y+yDisplace；Targetlmagex，y  end；  end

14、；  5  結(jié)束語  從開發(fā)高度逼真的船舶輔鍋爐系統(tǒng)的實(shí)際需要開發(fā)，設(shè)計(jì)出一種純軟件控制系統(tǒng)，在獨(dú)立的PC機(jī)上運(yùn)行，將船舶輔鍋爐控制系統(tǒng)虛擬到計(jì)算機(jī)上，操作人員調(diào)用內(nèi)存中的船舶輔鍋爐操控系統(tǒng)的  維圖形 ，(用 鼠標(biāo)控制瀏覽方 向)對三維對象進(jìn)行虛擬控制，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建虛擬動態(tài)設(shè)備，仿真出與實(shí)際設(shè)備相近的運(yùn)行過程，彌補(bǔ)傳統(tǒng)操作流程上真實(shí)感的缺乏。  同時利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供的高速運(yùn)行環(huán)境，能夠?qū)崿F(xiàn)多人遠(yuǎn)程實(shí)時操作和三維模型的瀏覽和交互動態(tài)演示，讓操作者與電腦實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，如同身臨其境，到達(dá)替代實(shí)際現(xiàn)場操作的目的，克服了實(shí)際操作的單一性和危險性等缺點(diǎn)