Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Оглавление
Цель работы и исходные данные
. Математическая модель движения кораблей
2. Программная модель движения кораблей в среде Matlab
. Графический интерфейс программы (GUI)
. Результаты исследования программной модели
Выводы
Цель курсовой работы: разработка математической модели движения кораблей, написание программной модели и исследование с ее помощью динамических свойств моделируемых объектов на ПК.
Исходные данные
Основные ТТД надводных кораблей
Исходные данные и ограничения, наложенные на систему, представлены в таблице 1.
движение корабль программный
Таблица 1
Основные ТТД надводного корабля |
№ варианта |
Тип корабля |
W, т |
N, л.с. |
V, узлы/Vк,V1max,V2max, узлы |
||
4 |
Легкий крейсер "Красный кавказ |
9030 |
5500 |
29 |
||
Основные ТТД катера |
||||||
4 |
Катер "Тритон" |
2.3 |
150 |
29 |
||
Основные ТТД корабля на подводных крыльях |
||||||
4 |
-КПК |
9.4 |
400 |
11 |
13 |
32 |
Необходимо учесть:
1 узел = 1 миля/час = 1852 м / 3600 с = 0.51 м/с
л.с. = 735.5 Вт; 1 Вт = 1 НЧм/с
Ограничения разрабатываемой модели:
. Предполагается, что корабль движется на постоянном курсе.
. Не учитывается волнение моря, гидродинамические особенности корпуса, переменное воздействие ветра и т.п.
где xi+1 - значение координаты на следующем шаге; xi - значение координаты на текущем шаге; Δxi - приращение координаты на прошлом шаге; Pi - относительное значение силы тяги в процентах от максимальной; Fmax - максимальное значение силы тяги; Δt - шаг приращения времени; A - коэффициент пропорциональности; Δxi+1 - приращение координаты на текущем шаге; V2max - максимальное значение скорости корабля.
Математическая модель движения надводного корабля "Красный Кавказ"
. Шаг приращения времени (принимается) Δt = 1 с.
. Относительное (в процентах от максимальной) допустимое изменение силы тяги за время Δt = 1 с:
Fmax = Nmax / Vmax=(55000*735.5)/(29*0.51)=2735100 H
ΔFmax =0.1Fmax (т.к. корабль имеет водоизмещение более 10000т)
ΔPiЈ ΔtЧ(ΔFmax/Fmax) Ч100 Ј50%.
. Коэффициент пропорциональности силы сопротивления движению:
=12504
. Координата пройденного расстояния:
xi+1 = xi + (xi-xi-1) + (PiЧ 2735100Ч12/100 - 12504Ч(xi - xi-1) Ч кxi - xi-1к) /9030000.
. Величина текущей скорости:
Vi+1 = Δxi+1 / Δt = (xi+1 -xi) / 1
Математическая модель движения катера "Тритон"
. Шаг приращения времени (принимается) Δt = 1 с.
. Относительное (в процентах от максимальной) допустимое изменение силы тяги за время Δt = 1 с:
Fmax = Nmax / Vmax=(150*735.5)/(29*0.51)=7459 Н
ΔFmax =0,2Fmax (т.к. корабль имеет водоизмещение менее 10000т)
ΔPiЈ ΔtЧ(ΔFmax/Fmax) Ч100 Ј10%.
. Коэффициент пропорциональности силы сопротивления движению:
=34.1
. Координата пройденного расстояния:
xi+1 = xi + (xi-xi-1)+(PiЧ 7459Ч1/100-34.1Ч(xi - xi-1) Ч кxi - xi-1к) /2300.
5. Величина текущей скорости:
Vi+1 = Δxi+1 / Δt = (xi+1 -xi) / 1
Математическая модель движения корабля на подводных крыльях
где xi+1 - значение координаты на следующем шаге; xi - значение координаты на текущем шаге; Δxi - приращение координаты на прошлом шаге; Pi - относительное значение силы тяги в процентах от максимальной; Fmax - максимальное значение силы тяги; Δt - шаг приращения времени; A - коэффициент пропорциональности; Δxi+1 - приращение координаты на текущем шаге; V21max - максимальное значение скорости корабля при водоизмещающем режиме; V22max - максимальное значение скорости корабля при режиме глиссирования и движения на крыльях.
Математическая модель движения корабля на подводных крыльях
. Шаг приращения времени (принимается) Δt = 0.2с.
. Относительное (в процентах от максимальной) допустимое изменение силы тяги за время Δt = 0.2с:
Fmax = Nmax / Vmax=(150*735,5)/(32*0,51)=18027 H
ΔFmax =0,2Fmax (т.к. корабль имеет водоизмещение менее 10000т)
ΔPi Ј ΔtЧ(ΔFmax/Fmax)Ч100 Ј4%.
. Коэффициент пропорциональности силы сопротивления движению:
при V<Vк:
при VіVк: .
. Координата пройденного расстояния:
При V<Vк:
xi+1 = xi + (xi - xi-1) + (PiЧЧ18027 - 410Ч(xi - xi-1)Ч зxi - xi-1з) /9400.
При VіVк:
xi+1 = xi + (xi - xi-1) + (PiЧЧ18027 - 68Ч(xi - xi-1)Ч зxi - xi-1з) /9400.
. Величина текущей скорости:
Vi+1 = Δxi+1 / Δ t = (xi+1 -xi) / 1.
function varargout = Kurs_gui(varargin)
% KURS_GUI M-file for Kurs_gui.fig
% KURS_GUI, by itself, creates a new KURS_GUI or raises the existing
% singleton*.
%
% H = KURS_GUI returns the handle to a new KURS_GUI or the handle to
% the existing singleton*.
%
% KURS_GUI('CALLBACK',hObject,eventData,handles,...) calls the local
% function named CALLBACK in KURS_GUI.M with the given input arguments.
%
% KURS_GUI('Property','Value',...) creates a new KURS_GUI or raises the
% existing singleton*. Starting from the left, property value pairs are
% applied to the GUI before Kurs_gui_OpeningFunction gets called. An
% unrecognized property name or invalid value makes property application
% stop. All inputs are passed to Kurs_gui_OpeningFcn via varargin.
%
% *See GUI Options on GUIDE's Tools menu. Choose "GUI allows only one
% instance to run (singleton)".
%
% See also: GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES
% Edit the above text to modify the response to help Kurs_gui
% Last Modified by GUIDE v2.5 12-Dec-2011 16:21:28
% Begin initialization code - DO NOT EDIT_Singleton = 1;_State = struct('gui_Name', mfilename, ...
'gui_Singleton', gui_Singleton, ...
'gui_OpeningFcn', @Kurs_gui_OpeningFcn, ...
'gui_OutputFcn', @Kurs_gui_OutputFcn, ...
'gui_LayoutFcn', [], ...
'gui_Callback', []);nargin & isstr(varargin{1})_State.gui_Callback = str2func(varargin{1});nargout
[varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});_mainfcn(gui_State, varargin{:});
% End initialization code - DO NOT EDIT
% --- Executes just before Kurs_gui is made visible.Kurs_gui_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)
% This function has no output args, see OutputFcn.
% hObject handle to figure
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
% varargin command line arguments to Kurs_gui (see VARARGIN)
% Choose default command line output for Kurs_gui.output = hObject;
% Update handles structure(hObject, handles);
% UIWAIT makes Kurs_gui wait for user response (see UIRESUME)
% uiwait(handles.figure1);(handles.W,'String',0);(handles.N,'String',0);(handles.V1,'String',0);(handles.V1max,'String',0);(handles.V2max,'String',0);
% --- Outputs from this function are returned to the command line.varargout = Kurs_gui_OutputFcn(hObject, eventdata, handles)
% varargout cell array for returning output args (see VARARGOUT);
% hObject handle to figure
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
% Get default command line output from handles structure{1} = handles.output;
% --- Executes on button press in ship1.ship1_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to ship1 (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)get(hObject,'Value')==1(handles.text1,'Visible','On');(handles.text2,'Visible','On');(handles.text3,'Visible','On');(handles.ship2,'Value', 0);(handles.ship3,'Value', 0);(handles.W,'Visible','On');(handles.N,'Visible','On');(handles.V1,'Visible','On');(handles.text6,'Visible','Off');(handles.text7,'Visible','Off');(handles.V1max,'Visible','Off');(handles.V2max,'Visible','Off');(handles.W,'String',9030);(handles.N,'String',55000);(handles.V1,'String',29);(handles.text1,'Visible','Off');(handles.text2,'Visible','Off');(handles.text3,'Visible','Off');(handles.W,'Visible','Off');(handles.N,'Visible','Off');(handles.V1,'Visible','Off');
% Hint: get(hObject,'Value') returns toggle state of ship1
% --- Executes on button press in ship2.ship2_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to ship2 (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)get(hObject,'Value')==1(handles.text1,'Visible','On');(handles.text2,'Visible','On');(handles.text3,'Visible','On');(handles.ship1,'Value', 0);(handles.ship3,'Value', 0);(handles.W,'Visible','On');(handles.N,'Visible','On');(handles.V1,'Visible','On');(handles.text6,'Visible','Off');(handles.text7,'Visible','Off');(handles.V1max,'Visible','Off');(handles.V2max,'Visible','Off');(handles.W,'String',2.3);(handles.N,'String',150);(handles.V1,'String',29);(handles.text1,'Visible','Off');(handles.text2,'Visible','Off');(handles.text3,'Visible','Off');(handles.W,'Visible','Off');(handles.N,'Visible','Off');(handles.V1,'Visible','Off');
% Hint: get(hObject,'Value') returns toggle state of ship2
% --- Executes on button press in ship3.ship3_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to ship3 (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)get(hObject,'Value')==1(handles.text1,'Visible','On');(handles.text2,'Visible','On');(handles.text3,'Visible','On');(handles.text6,'Visible','On');(handles.text7,'Visible','On');(handles.ship1,'Value', 0);(handles.ship2,'Value', 0);(handles.W,'Visible','On');(handles.N,'Visible','On');(handles.V1,'Visible','On');(handles.V1max,'Visible','On');(handles.V2max,'Visible','On');(handles.W,'String',9.4);(handles.N,'String',400);(handles.V1,'String',11);(handles.V1max,'String',13);(handles.V2max,'String',32);(handles.text1,'Visible','Off');(handles.text2,'Visible','Off');(handles.text3,'Visible','Off');(handles.text6,'Visible','Off');(handles.text7,'Visible','Off');(handles.W,'Visible','Off');(handles.N,'Visible','Off');(handles.V1,'Visible','Off');(handles.V1max,'Visible','Off');(handles.V2max,'Visible','Off');
% Hint: get(hObject,'Value') returns toggle state of ship3
% --- Executes on button press in close.close_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to close (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
% --- Executes on button press in change.change_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to change (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)get(hObject,'Value')==1(handles.W,'Style','edit');(handles.N,'Style','edit');(handles.V1,'Style','edit');(handles.V1max,'Style','edit');(handles.V2max,'Style','edit');
% --- Executes on button press in ok.ok_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to ok (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)(get(handles.ship1,'Value')==1 || get(handles.ship2,'Value')==1)get(handles.ship3,'Value')==1(handles.text15,'Visible','On');(handles.text16,'Visible','On');(handles.text17,'Visible','On');tab_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to tab (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)(get(handles.ship1,'Value')==1 || get(handles.ship2,'Value')==1)get(handles.ship3,'Value')==1=[]; j=1;get(handles.ship1,'Value')==1i=1:5:length(tt),(j,:)=[tt(i), XX(i), vv(i), pp(i)];=j+1;(get(handles.ship2,'Value')==1 || get(handles.ship3,'Value')==1)i=1:1:length(tt),(j,:)=[tt(i), XX(i), vv(i), pp(i)];=j+1;('%s',' Время Путь Скорость Тяга')(B)
Текст скрипта KursoviK.m
W_h = handles.W; % выбор объекта а1 из родительского объекта
W = str2double(get(W_h,'String')); % извлечение численного значения из объекта а1
N_h = handles.N;= str2double(get(N_h,'String'));_h = handles.V1;= str2double(get(V_h,'String'));
% W=9030; N=55000; V=29;
% 1 шаг приращения
dt=1;
% перевод в сист Си
W1=W*1000; N1=N*735.5; V1=V*0.51;
Fmax=N1/V1;get(handles.ship1,'Value')==1=0.1*Fmax;get(handles.ship2,'Value')==1=0.2*Fmax;
% 2=dt*(dFmax/Fmax)*100;
% 3
A=Fmax/(V1^2);
% Пройденное расстояние
xi=0; x_pre=0; P=0; t=0;
global tt; global XX; global vv; global pp;=[]; tt=[]; vv=[]; pp=[];
while P<100 % разгон + выход на макс значение силы тяги
X=xi+(xi-x_pre)+(P*Fmax*(dt^2)/100-A*(xi-x_pre)*abs(xi-x_pre))/W1;=(X-xi)/dt;=[vv,v];=[pp,P];_pre=xi; xi=X;=P+dP;=[tt,t];=[XX,X];=t+dt;
end;
while v<0.98*V1, % разгон на макс тяге до макс скорости
X=xi+(xi-x_pre)+(P*Fmax*(dt^2)/100-A*(xi-x_pre)*abs(xi-x_pre))/W1;=(X-xi)/dt;=[vv,v];=[pp,P];_pre=xi; xi=X;=[tt,t];=[XX,X];=t+dt;
end;
while P>-100, % торможение, выход на обратную силу тяги
X=xi+(xi-x_pre)+(P*Fmax*(dt^2)/100-A*(xi-x_pre)*abs(xi-x_pre))/W1;=(X-xi)/dt;=[vv,v];_pre=xi; xi=X;=[pp,P];=P-dP;=[tt,t];=[XX,X];=t+dt;
end;
while v>0.02, % торможение, до нуля
X=xi+(xi-x_pre)+(P*Fmax*(dt^2)/100-A*(xi-x_pre)*abs(xi-x_pre))/W1;=(X-xi)/dt;=[vv,v];=[pp,P];_pre=xi; xi=X;=[tt,t];=[XX,X];=t+dt;;get(handles.ok,'Value')==1(handles.XX_plot,'Visible','On');(handles.XX_plot);;(tt,XX), grid;(handles.vv_plot,'Visible','On');(handles.vv_plot);;(tt,vv), grid(handles.pp_plot,'Visible','On');(handles.pp_plot);;(tt,pp), grid
Текст скрипта KursoviKPK.m
% W=9.4; N=400; V_k=11; V_1max=13; V_2max=32;_h = handles.W; % выбор объекта а1 из родительского объекта
W = str2double(get(W_h,'String')); % извлечение численного значения из объекта а1
N_h = handles.N;= str2double(get(N_h,'String'));_h = handles.V1;_k = str2double(get(Vk_h,'String'));max_h = handles.V1max;_1max = str2double(get(V1max_h,'String'));max_h = handles.V2max;_2max= str2double(get(V2max_h,'String'));
% 1 шаг приращения
dt=1;
% перевод в сист Си
W1=W*1000; N1=N*735.5; Vk=V_k*0.51; V1max=V_1max*0.51; V2max=V_2max*0.51;=N1/V2max; dFmax=0.2*Fmax;
% 2=dt*(dFmax/Fmax)*100;
% 3=Fmax/(V1max^2); A2=Fmax/(V2max^2);
% Пройденное расстояние
xi=0; x_pre=0; P=0; t=0; v=0;
global tt; global XX; global vv; global pp;=[]; tt=[]; vv=[]; pp=[]; AA=[]; P<100 % разгон + выход на макс значение силы тяги
if(v<Vk)=A1;(v>=V1max)=A2;(Vk<=v & v<V1max)=A1-(v-Vk)*(A1-A2)/(V1max-Vk);=[AA,A];=xi+(xi-x_pre)+(P*Fmax*(dt^2)/100-A*(xi-x_pre)*abs(xi-x_pre))/W1;=(X-xi)/dt;=[vv,v];=[pp,P];_pre=xi; xi=X;=P+dP;=[tt,t];=[XX,X];=t+dt;
end;
while v<0.98*V2max, % разгон на макс тяге до макс скорости
if(v<Vk)=A1;(v>=V1max)=A2;(Vk<=v & v<V1max)=A1-(v-Vk)*(A1-A2)/(V1max-Vk);=[AA,A];=xi+(xi-x_pre)+(P*Fmax*(dt^2)/100-A*(xi-x_pre)*abs(xi-x_pre))/W1;=(X-xi)/dt;=[vv,v];=[pp,P];_pre=xi; xi=X;=[tt,t];=[XX,X];=t+dt;;P>-100,(v<Vk)=A1;(v>=V1max)=A2;(Vk<=v & v<V1max)=A1-(v-Vk)*(A1-A2)/(V1max-Vk);=[AA,A];=xi+(xi-x_pre)+(P*Fmax*(dt^2)/100-A*(xi-x_pre)*abs(xi-x_pre))/W1;=(X-xi)/dt;=[vv,v];_pre=xi; xi=X;=[pp,P];=P-dP;=[tt,t];=[XX,X];=t+dt;;v>0.02,(v<Vk)=A1;(v>=V1max)=A2;(Vk<=v & v<V1max)=A1-(v-Vk)*(A1-A2)/(V1max-Vk);=xi+(xi-x_pre)+(P*Fmax*(dt^2)/100-A*(xi-x_pre)*abs(xi-x_pre))/W1;=(X-xi)/dt;=[vv,v];=[pp,P];_pre=xi; xi=X;=[tt,t];=[XX,X];=t+dt;;get(handles.ok,'Value')==1(handles.XX_plot,'Visible','On');(handles.XX_plot);;(tt,XX), grid;(handles.vv_plot,'Visible','On');(handles.vv_plot);;(tt,vv), grid(handles.pp_plot,'Visible','On');(handles.pp_plot);;(tt,pp), grid
end
Для удобного вывода рассчитанной информации в среде MATLAB был разработан графический интерфейс, представленный на рис. 1.
Рис.1 Графический интерфейс программы
Для создания интерфейса были использованы следующие компоненты:
1. Radio Button - переключатель кораблей.
2. Axes- поля для построения графиков пройденного пути, скорости и силы тяги.
3. Push Button - кнопки. Change parameters - возможность изменять значения основных ТТД кораблей. ОК - кнопка, при нажатии на которую происходят основные расчеты и вывод графиков. Close - кнопка закрытия окна.
4. Static Text - статический текст. В данной работе была реализована возможность изменения видимости тех или иных частей теста.
5. Edit Text -изменяемый пользователем текст. Возможность редактирования текста появляется при нажатии кнопки Change parameters.
6. Menu - меню, к котором была реализована возможность вывести в командное окно таблицы с результатами работы программы.
С помощью созданного интерфейса были получены динамические характеристики трёх типов судов.
Рис.2 Результат работы программы, графики для легкого крейсера "Красный Кавказ"
Таблица 2
Таблица значений основных показателей движения:
С помощью представленных результатов работы программы было определено:
время набора максимальной скорости 14,5м/с - 115 с; при этом корабль проходит расстояние 1009,5 м;
время торможения - 50 с, на расстояние - 402 м;
общее время движения катера составило - 165 с;
общая пройденная кораблем дистанция - 1555.8 м.
Рис.3 Результат работы программы, графики для катера "Тритон"
Таблица 3
Таблица значений основных показателей движения:
С помощью представленных результатов работы программы было определено:
время набора максимальной скорости 14,6м/с - 12 с; при этом корабль проходит расстояние 115.7 м;
время торможения - 9 с, на расстояние - 72.8 м;
общее время движения катера составило - 21 с;
общая пройденная кораблем дистанция - 118.48 м.
Рис.4 Результат работы программы, графики для корабля на подводных крыльях
Таблица 4
Таблица значений основных показателей движения:
С помощью представленных результатов работы программы было определено:
время набора максимальной скорости 16.09м/с - 23 с; при этом корабль проходит расстояние 243.5 м;
время торможения - 12 с, на расстояние - 102.8 м;
общее время движения катера составило - 35 с;
общая пройденная кораблем дистанция - 346 м.
При выполнении данной курсовой работы были разработаны математические и программные модели описания движения трёх видов судов. В соответствии с исходными данными при помощи разработанного программного интерфейса в MATLAB были исследованы динамические свойства моделируемых кораблей и получены их динамические характеристики.