CN111045424B - 一种智能船舶决策指令解读模块的测试*** - Google Patents

一种智能船舶决策指令解读模块的测试*** Download PDF

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Abstract

本发明公开一种智能船舶决策指令解读模块的测试***，包括：用于根据输入参数执行智能船舶决策算法的第一计算设备；第一接口转换设备，决策指令解读模块，用于将第一接口转换设备转换的决策信息进行解读，获得仿真测试平台中各仿真执行机构的控制指令；由SolidWorks和Simulink仿真软件搭建的仿真测试平台，仿真测试平台包括：仿真模型控制器和检测模块；仿真模型控制器包括多个与智能船舶匹配的仿真执行机构，每一个仿真执行机构根据接收到的控制指令进行运转；检测模块，用于对仿真模型控制器中的各仿真执行机构的工作状态和过程参数信息进行采集并分析。上述测试***节省了控制模块中各执行机构实际运行时的资源消耗，降低了测试成本，更加方便、灵活。

Description

一种智能船舶决策指令解读模块的测试***
技术领域
本发明涉及智能船舶测试领域，尤其涉及一种智能船舶决策指令解读模块的测试***。
背景技术
智能船舶自主航行***是指船舶依靠自身感知模块的感知设备对周围环境进行感知，以及通过通讯模块的通讯设备接收岸基指挥中心发出的航海警告信息、天气信息等，依据感知信息、航海警告信息、天气信息等通过自身决策模块做出自主航行决策，向智能船舶的执行机构传输决策指令，通过控制模块的执行机构(包括主机、侧推、舵设备、锚设备)执行决策指令，最终实现自主航行的***。
智能船舶的决策模块给出的决策指令只包括航速与航向两部分，并不能被执行机构直接读取并执行。因此必须对决策模块给出的决策指令进行解读，将其转化成智能船舶控制模块所能读取执行的控制指令信息。由此可见，决策指令信息的解读是连接智能船舶决策模块与控制模块的重要环节。
如何实现对智能船舶决策指令解读模块的测试成为当前亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种智能船舶决策指令解读模块的测试***，实现了对智能船舶决策指令解读模块的测试。
为了达到上述的目的，本发明采用的主要技术方案包括：
第一方面，本发明提供一种智能船舶决策指令解读模块的测试***，包括：
用于根据输入参数执行智能船舶决策算法的第一计算设备；
第一接口转换设备，用于将第一计算设备输出的决策指令转换为决策指令解读模块能够识别的决策信息；
决策指令解读模块，用于对所述第一接口转换设备输出的决策信息进行解读，获得仿真测试平台中各仿真执行机构的控制指令；
由SolidWorks和Simulink仿真软件搭建的仿真测试平台，所述仿真测试平台包括：仿真模型控制器，所述仿真模型控制器控制的各仿真执行机构、驱动模块和检测模块；所述仿真模型控制器根据每一控制指令使所述驱动模块驱动仿真执行机构运转；
所述检测模块，用于对各仿真执行机构的工作状态和过程参数信息进行采集并分析。
可选地，所述测试***还包括：
第二接口转换设备，用于将决策指令解读模块输出的各控制指令传输至所述仿真测试平台的仿真模型控制器。
可选地，所述测试***还包括：
电源组件，所述电源组件为所述第一计算设备、第一接口转换设备、仿真测试平台供电。
可选地，所述第一接口转换设备为：TCP/IP转换器；
所述决策指令解读模块连接所述第一接口转换设备的接口为RS232、RS422或RS485接口。
可选地，所述仿真模型控制器包括的仿真执行机构为下述的多种：
主机***、侧推组件、舵设备、锚设备；
决策指令解读模块输出的控制指令包括：
向所述主机***传输的主机转速以及主机***中主机连接的变距桨的螺距；
向所述侧推组件传输的侧推转速；
向所述舵设备传输的舵角；
向所述锚设备传输的抛锚、起锚指令。
可选地，所述第一计算设备接收的输入参数包括下述的多种：
天气信息、航速、加速度、障碍物距离、障碍物大小、障碍物移动速度和航海警告信息。
可选地，在测试***中调整决策指令解读模块的功能，实现对多个所述决策指令解读模块的测试。
第二方面，本发明还提供一种仿真测试平台的搭建方法，该仿真测试平台为上述第一方面所述的测试***中的仿真测试平台，所述方法包括：
在SolidWorks仿真软件中对需要仿真的执行机构及各执行机构所属的控制器进行实体建模，并进行装配，生成对应的装配体文件；
基于所述SolidWorks仿真软件中的装配体文件，在Simulink仿真软件中生成执行机构及各执行机构所属的控制器的SimMechanics模型；
基于所述SimMechanics模型，在Simulink仿真软件中配置所述各执行机构需要的各个驱动组件及检测模块，以及执行机构与所属的控制器的逻辑关系；
根据智能船舶中需要仿真的执行机构的机械运动方式，为需要仿真的执行机构的机械运动构建矢量关系；
根据智能船舶中需要仿真的执行机构的参数及所述矢量关系，在Simulink仿真软件中完成仿真测试平台的搭建，所述仿真测试平台包括：仿真模型控制器，所述仿真模型控制器控制的各仿真执行机构、驱动模块和用于检测所述仿真执行机构的检测模块。
可选地，所述仿真模型控制器包括的仿真执行机构为下述的多种：
主机***、侧推组件、舵设备、锚设备；
所述检测模块包括：速度检测模块、角度检测模块。
本发明的有益效果是：
本发明的测试***中，除被测的决策指令解读模块外，运行决策算法与仿真测试平台的仿真执行机构等都在计算机中运行，节省了实船中各执行机构实际运行时的资源消耗，降低了测试成本，经济性更好。
进一步地，采用仿真测试平台搭建的各执行机构，在测试过程中可以使用仿真软件的检测模块，实时检测各执行机构的运行参数，测试结果更加准确。读取参数更加方便，测试效率更高。
此外，对同一条智能船舶，比较不同决策指令解读模块的性能优劣时，只需更换决策指令解读模块，更加方便、灵活。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的智能船舶决策指令解读模块的测试***的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的智能船舶决策指令解读模块的测试方法的流程示意图；
图3为本发明一实施例提供的仿真测试平台的搭建方法的示意图。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
本发明搭建了一种测试***，用于对智能船舶决策指令解读模块的信息解读过程进行测试，进一步提供一种针对智能船舶决策指令解读模块的测试方法，实现了对智能船舶决策指令解读模块的测试。
如图1所示，图1示出了本发明一实施例提供的智能船舶决策指令解读模块的测试***的结构示意图，本实施例的测试***可包括：
第一计算设备，用于根据输入参数执行智能船舶决策算法，并输出决策指令；例如，输入参数可包括天气信息、航速、加速度、障碍物距离、障碍物大小、障碍物移动速度和航海警告信息等。
第一接口转换设备，用于将第一计算设备输出的决策指令转换为决策指令解读模块能够识别的决策信息；
决策指令解读模块，用于对所述第一接口转换设备输出的决策信息进行解读，获得仿真测试平台中各仿真执行机构的控制指令；
由SolidWorks和Simulink仿真软件搭建的仿真测试平台，所述仿真测试平台包括：仿真模型控制器，所述仿真模型控制器控制的各仿真执行机构、驱动模块和检测模块；所述仿真模型控制器根据每一控制指令使所述驱动模块驱动仿真执行机构运转；
所述检测模块，用于对仿真模型控制器中的各仿真执行机构的工作状态和过程参数信息进行采集并分析。
另外，在实际应用中，仿真测试平台是运行在计算机内的，为此，决策指令解读模块输出的信息需要进行协议转换。为此，上述的测试***还包括：第二接口转换设备，用于将决策指令解读模块输出的各控制指令传输至所述仿真测试平台。
在本实施例中，第一接口转换设备为：TCP/IP转换器；所述决策指令解读模块连接所述第一接口转换设备的接口为RS232、RS422或RS485接口。第二接口转换设备也可以为TCP/IP转换器，其实现的功能和第一接口转换设备的功能正好相反。
当然，在实际应用中，上述的测试***均可包括：电源组件，所述电源组件为所述第一计算设备、第一接口转换设备、仿真测试平台供电。
在本实施例中，前述的仿真执行机构包括下述的多种：包括主机的主机***、侧推组件、舵设备、锚设备。本实施例中并不限定仅为这四种仿真执行机构，可根据实际船舶的执行机构进行设定。
相应地，决策指令解读模块输出的控制指令包括：
向所述主机***传输的主机转速以及主机***中主机连接的变距桨的螺距；
向所述侧推组件传输的侧推转速；
向所述舵设备传输的舵角；
向所述锚设备传输的抛锚、起锚指令。
可理解的是，在本实施例中，第一计算设备可通过以太网总线的第一接口转换设备与决策指令解读模块进行连接。将智能船舶决策算法输出的决策指令传输到决策指令解读模块。
决策指令解读模块将解读后的转速、螺距、舵角、抛锚、起锚等控制指令借助于第二接口转换设备传输到SolidWorks与Simulink仿真软件联合搭建的仿真测试平台，由仿真测试平台中的各执行机构(主机、侧推、舵设备、锚设备)模型执行解读后的控制指令。
需要说明的是，决策指令解读模块通常使用RS232、RS422或RS485接口，与计算机输出的以太网总线进行连接时，需要使用TCP/IP转换器转换数据接口。
本发明的测试***中，除被测的决策指令解读模块外，运行决策算法与仿真测试平台的模拟执行机构等都在计算机中运行，节省了实船中各执行机构实际运行时的资源消耗，降低了测试成本，经济性更好。
进一步地，采用仿真测试平台搭建的各执行机构，在测试过程中可以使用仿真软件的检测模块，实时检测各执行机构的运行参数，测试结果更加准确。读取参数更加方便，测试效率更高。
此外，对同一条智能船舶，比较不同决策指令解读模块的性能优劣时，只需更换决策指令解读模块，更加方便、灵活。
如图2所示，图2示出了本发明一实施例提供的智能船舶决策指令解读模块的测试方法的流程示意图，如图2所示，本实施例的方法可包括如下步骤：
201、利用第一计算设备(如使用WIN10***、i7配置的计算机)搭载智能船舶决策模块使用的决策算法，通过输入决策所需的天气、航速、加速度、障碍物距离、障碍物大小、障碍物移动速度、航海警告等信息，使决策模块做出自主航行决策指令；或直接对决策模块进行控制，使其输出智能船舶在正常的航行过程中可能出现的决策指令等各种信息。
应注意，若使用输入决策所需天气、航速、加速度、障碍物距离、障碍物大小、障碍物移动速度、航海警告等信息以得到决策指令信息时，应在输入决策所需天气、航速、加速度、障碍物距离、障碍物大小、障碍物移动速度、航海警告等信息时包括智能船舶在正常航行过程中可能遇到的所有情况，以保证测试的***性与完整性；若使用直接控制决策模块使其输出决策指令信息时，同样应使其输出的决策指令信息覆盖智能船舶正常航行过程中可能出现的所有决策指令信息，以保证测试的***性与完整性。
202、利用第一接口转换设备，连接第一计算设备如上步骤201中提及的计算机与智能船舶使用的决策指令解读模块所在的硬件，实现决策指令从计算机中的决策模块到决策指令解读模块的传输。
应说明的是，在实验室中可为智能船舶使用的决策指令解读模块所属的硬件提供必需的工作条件(电源连接、数据连接等)，接收来自计算机中决策模块的决策指令，并对决策指令中给出的航速与航向进行解读，转化为向智能船舶主机***传输的主机转速以及主机连接的变距桨的螺距；向智能船舶侧推传输的侧推转速；向智能船舶舵设备传输的舵角；向智能船舶锚设备传输的抛锚、起锚指令等控制指令。
203、将解读后的控制指令，通过第二接口转换设备将控制指令传输到SolidWorks与Simulink仿真软件联合搭建的仿真测试平台中，使得仿真模型控制器根据控制指令控制驱动模块驱动各仿真执行机构如主机、侧推、舵设备、锚设备仿真模型运转。
204、通过Simulink仿真测试软件中的检测模块，对仿真测试平台的仿真模型控制器控制的主机、侧推、舵设备、锚设备的工作状态与过程参数信息进行采集。
本实施例是以的主机、侧推、舵设备、锚设备作为仿真执行机构的举例，并不限定仿真执行机构仅为这四个，根据实际船舶的执行机构进行设置。
205、依据采集到的数据信息，经过计算与分析，判断决策指令解读模块解读出的控制指令是否准确，有效。
由此，通过上述搭建的测试***可以实现对决策指令的测试，减少实船测试的成本，且方便实用。
需要说明的是，在实际应用中，在搭建上述测试***之前，需要先搭建仿真测试平台，进而将搭建后的仿真测试平台应用在测试***中，以便实现测试***的使用。
为更好的理解仿真测试平台的搭建过程，结合图3进行说明，图3示出了一种仿真测试平台的搭建方法，其包括下述步骤：
301、在SolidWorks仿真软件中为仿真模型控制器中各执行机构(主机/主机***、侧推、舵设备、锚设备)及各执行机构所属的控制器进行相应的实体建模，并进行装配，生成对应的装配体文件。
具体地，执行机构需要相应的控制器进行控制，决策指令解读模块解读完成后输出的信息是一个控制指令，执行机构无法直接识别并执行，需要通过控制器来控制执行机构执行相应的控制指令。控制器的建模与执行机构的建模相同，在SolidWorks中建立外观模型，在Simulink仿真软件中建立逻辑模型。
上述的控制器并不是测试对象，仅仅是一个执行机构的中间设备。
302、将Simulink与SolidWorks仿真软件进行相互连接，在Simulink软件中生成包括控制器及各执行机构(如主机、侧推、舵设备、锚设备)的SimMechanics模型。
为更好的理解，对SimMechanics模型进行说明，SimMechanics是Simulink仿真软件中的一个模块，拥有一系列的模块库，是Simulink仿真软件针对于机械设备建模的一个模块，其模型是根据被建模设备的机械运动特性进行搭建的。
特别地，Simulink仿真软件实现的是对机械模型运动方式、过程的建模，即可以使得机械模型按照实际情况运动起来的建模过程。
303、在Simulink软件中，对SimMechanics模型进行参数设置，根据各执行机构(主机、侧推、舵设备、锚设备)控制指令的类型的配置驱动模块和检测模块，以及配置各执行机构与所属控制器的逻辑关系。
本实施例的检测模块可包括：转速检测模块、角度检测模块等。
304、根据智能船舶中需要仿真的执行机构的机械运动方式，为仿真执行机构的机械运动构建矢量关系。
具体地，搭建的各执行机构(如主机、侧推等)的外观模型由SolidWorks软件完成，机械运动的矢量关系在Simulink仿真软件中完成搭建。
305、根据智能船舶中需要仿真的执行机构的参数及所述矢量关系，在Simulink仿真软件中完成仿真测试平台的搭建，所述仿真测试平台包括：仿真模型控制器，所述仿真模型控制器控制的各仿真执行机构、驱动模块和用于检测所述仿真执行机构的检测模块。
可理解的是，在Simulink仿真软件中选择对应的选项进入模型搭建界面中，完成仿真测试平台的搭建。
本实施例的测试***中，除被测的决策指令解读模块外，决策模块与仿真测试平台都可以在计算机中实现运行，节省了各执行机构实际运行时的资源消耗，降低了测试成本，经济性更好。
此外，在测试过程中可以使用仿真软件的检测模块，实时检测各执行机构的运行参数，测试结果更加准确。读取参数更加方便，测试效率更高。对同一条智能船舶，比较不同决策指令解读模块的性能优劣时，只需更换决策指令解读模块，更加方便、灵活。
以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种智能船舶决策指令解读模块的测试***，其特征在于，包括：
用于根据输入参数执行智能船舶决策算法的第一计算设备；
第一接口转换设备，用于将第一计算设备输出的决策指令转换为决策指令解读模块能够识别的决策信息；
决策指令解读模块，用于对所述第一接口转换设备输出的决策信息进行解读，获得仿真测试平台中各仿真执行机构的控制指令；
由SolidWorks和Simulink仿真软件搭建的仿真测试平台，所述仿真测试平台包括：仿真模型控制器，所述仿真模型控制器控制的各仿真执行机构、驱动模块和检测模块；所述仿真模型控制器根据每一控制指令使所述驱动模块驱动仿真执行机构运转；
所述检测模块，用于对各仿真执行机构的工作状态和过程参数信息进行采集并分析；
所述第一计算设备接收的输入参数包括下述的多种：
天气信息、航速、加速度、障碍物距离、障碍物大小、障碍物移动速度和航海警告信息；
所述测试***还包括：
第二接口转换设备，用于将决策指令解读模块输出的各控制指令传输至所述仿真测试平台的仿真模型控制器；
在测试***中调整决策指令解读模块的功能，实现对多个所述决策指令解读模块的测试。
2.根据权利要求1所述的测试***，其特征在于，所述测试***还包括：
电源组件，所述电源组件为所述第一计算设备、第一接口转换设备、仿真测试平台供电。
3.根据权利要求1所述的测试***，其特征在于，所述第一接口转换设备为：TCP/IP转换器；
所述决策指令解读模块连接所述第一接口转换设备的接口为RS232、RS422或RS485接口。
4.根据权利要求1所述的测试***，其特征在于，所述仿真模型控制器包括的仿真执行机构为下述的多种：
主机***、侧推组件、舵设备、锚设备；
决策指令解读模块输出的控制指令包括：
向所述主机***传输的主机转速以及主机***中主机连接的变距桨的螺距；
向所述侧推组件传输的侧推转速；
向所述舵设备传输的舵角；
向所述锚设备传输的抛锚、起锚指令。
5.一种仿真测试平台的搭建方法，其特征在于，所述仿真测试平台为上述权利要求1至4任一所述的测试***中的仿真测试平台，所述方法包括：
在SolidWorks仿真软件中对需要仿真的执行机构及各执行机构所属的控制器进行实体建模，并进行装配，生成对应的装配体文件；
基于所述SolidWorks仿真软件中的装配体文件，在Simulink仿真软件中生成执行机构及各执行机构所属的控制器的SimMechanics模型；
基于所述SimMechanics模型，在Simulink仿真软件中配置所述各执行机构需要的各个驱动组件及检测模块，以及执行机构与所属的控制器的逻辑关系；
根据智能船舶中需要仿真的执行机构的机械运动方式，为所述仿真执行机构的机械运动构建矢量关系；
根据智能船舶中需要仿真的执行机构的参数及所述矢量关系，在Simulink仿真软件中完成仿真测试平台的搭建，所述仿真测试平台包括：仿真模型控制器，所述仿真模型控制器控制的各仿真执行机构、驱动模块和用于检测所述仿真执行机构的检测模块；
所述第一计算设备接收的输入参数包括下述的多种：
天气信息、航速、加速度、障碍物距离、障碍物大小、障碍物移动速度和航海警告信息。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述仿真模型控制器包括的仿真执行机构为下述的多种：
主机***、侧推组件、舵设备、锚设备；
所述检测模块包括：速度检测模块、角度检测模块。
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