ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС СТЕНДА ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ КАЧКИ КАТАМАРАНА В ВЕТРОВОЛНОВЫХ УСЛОВИЯХ

Аннотация

Статья посвящена актуальной теме имитации качки катамарана и программному обеспе-
чению, алгоритмам позволяющим реализовать эту имитацию. Актуальность вытекает из необ-
ходимости тестировать навигационные устройства и их алгоритмы, строить большие трена-
жёрные комплексы имитации объектов надводного, воздушного и наземного базирования. Данная
статья будет сосредоточена на описании программного и алгоритмического обеспечения для
создания имитатора качки катамарана, находящегося на поверхности воды, при воздействии на
него ветроволновых воздействий. Имитационный стенд для воспроизведения качки катамарана
включает в себя платформу Стюарта, датчики, микроконтроллеры и персональный компьютер
оператора. Верхняя часть платформы перемещается подобно палубе катамарана, а нижняя
часть жёстко закреплена. Результаты экспериментов учитываются датчиками, закреплёнными
на подвижной части, и обрабатываются микроконтроллером-прототипом навигационной сис-
темы. Считается, что навигационная система должна получать данные об объекте качки и воз-
вращать оператору вектор состояния, содержащий угол и скорость крена, угол и скорость диф-
ферента, высоту и скорость вертикальной качки. Применяемые математические модели описы-
вают динамику катамарана и системы управления, уменьшающую амплитуду качки, внешние воз-
мущения морской волны, формируемые по спектру Пирсона-Московица. Для получения траекто-
рий качки катамарана реализован алгоритм Рунге-Кутта 4-го порядка с фиксированным шагом, а
для фильтрации и восстановления полного вектора состояний катамарана реализован фильтр
Калмана по схеме с «с задержкой». Разработано программное обеспечение для воспроизведения
крена катамарана на имитационном стенде, фильтрации и восстановления вектора состояния,
графического отображения результатов эксперимента в виде графиков, сохранения результатов
в файлах. Для лучшей интерпретации результатов входные параметры графического интерфейса
и алгоритмов имеют простые наглядные параметры: скорость и направление ветра, начальное
состояние катамарана и служебные, а результаты представляются в виде графиков. В статье
представлено подробное описание взаимосвязи модулей программ, применяемых математических
алгоритмов, указаны входные и выходные параметры. Результаты имитации показывают дос-
таточное качество воспроизведения качки катамарана. Однако были выявлены незначительные
погрешности, связанные с механическими ограничениями применённой кинематической модели.