引言
    近年来随着电力电子技术、变频电机制造技术、电机控制理论和计算机控制技术的迅速发展，国际上船舶电力推进方式重新兴起，电力推进系统的装船率也逐年上升，已经成为国外船舶动力发展的主要方向。船舶电力推进技术在我国的研制和应用还处在初级阶段，主要停留在理论探讨和数字仿真的基础上。目前只有极少数厂家能够成套引进国外电力推进装置用于部分游轮或客轮上。我国在船用大功率永磁电机、高压大容量电力电子器件、吊舱推进器等方面的设计、制造技术与西方发达国家相比还有很大的差距。为了尽快提升我国船舶工业整体竞争力，提高船用机电设备装船率，突破西方国家对我国的技术封锁，开发具有我国自主知识产权的船舶电力推进系统已经势在必行，为此上海电气中央研究院在上海电气集团的支持下，成功研发了一套国内领先的船舶电力推进系统的仿真与试验平台。
    船舶电力推进系统仿真与试验平台是以吊舱式船舶电力推进系统为研究对象，运用虚机实电思想搭建了一套“机械虚拟化，控制数字化”的仿真试验平台。该平台涵盖了虚拟船舶驾驶、虚拟吊舱操纵、螺旋桨负载仿真试验及监控与检测等多方面内容，可以用于船舶驾驶培训、船舶电力推进系统的仿真与试验，缩短船舶电力推进系统的开发周期与成本。
    1 船舶电力推进系统仿真与试验平台系统结构与功能优点
    船舶电力推进系统仿真与试验平台总体上可以分为“实电”、“虚机”和远程通讯三部分，“实电”包含船舶操纵台、船舶操纵电控系统和电力推进系统：“虚机” 指虚拟船舶驾驶三维可视化系统，包含虚拟驾驶和虚拟吊舱三维可视化仿真模块及通讯接口；远程通讯系统用来实现“实电”和“虚机”部分的数据通讯功能。船舶电力推进系统仿真与试验平台结构图见图l。

    1.1 船舶操纵台
    船舶操纵台主要包含能操纵船舶前进、停止、加速、减速和后退的船钟和控制船舶航行方向的船舵组成，可以用来模拟真实船舶的驾驶过程，产生船舶的前进、停止、转弯、后退、加速、减速等不同运行状况的数模信号，它们将通过数据采集模块采集到船舶操纵电控系统中。
    1.2 船舶操纵电控系统
    船舶操纵电控系统包含数据采集模块和船、机、桨数学建模模块和本机数据通讯模块。船舶操纵电控系统是在工控机上运行的，它的软件开发平台采用 vc++6.0，原因有三:c语言可以直接对硬件进行读写操作，数据采集的可靠性和效率都很高；便于实现vC++6.0和MATLAB7.0两大软件平台的混合编程；可以利用vC++6.0的CSocket类进行数据通讯。
   1.2.1 数据采集模块
    采用两块研华公司生产的数据采集板PCL818和PCL726作为工控机的数据采集卡，采集船舶操纵台发来的前进、后退、停止、转弯、加速、减速等数模信号，送往船、机、桨数学建模模块进行计算仿真。
    1.2.2 船、机、桨数学建模模块
    建立合适的船、机、桨的数学模型。根据数据采集模块采集到的船舶运行各种数模信号，计算出船舶航行速度、方向和电力推进回转部件的转速、转矩、阻力矩、推进功率、推进回转部件产生的推力、船体阻力、负载直流发电机及磁粉离合器的励磁回路等运行参数，并把计算结果输出到相应的仪表上进行实时显示。
    1.2.3 本机数据通讯模块
    本机数据通讯模块主要实现工控机上的电控系统与远程数据通讯系统之间的本机实时通讯。考虑到数据交换量较大，采用UDP协议，与TCP/IP协议相比，前者不需要网络侦听，所以所占网络资源较少，数据传输量较大，但数据易丢失。由于是本机通讯，实践证明采用UDP协议，数据传输还是很可靠的。
    1.2.4 电力推进系统
    电力推进系统主要包含超级电容供电器、变频器、推进异步电机、直流发电机(模拟高速负载)、磁粉离合器(模拟低速负载)和转矩转速仪等，用来模拟推进吊舱的运行过程，并进行吊舱螺旋桨的负载仿真试验。
    1.3 虚拟船舶驾驶可视化仿真系统
    虚拟船舶驾驶可视化仿真系统包含虚拟驾驶和虚拟吊舱三维可视化仿真模块及数据通讯接口，它是整个系统的“虚机”部分。其场景取自黄浦江从外白渡桥到南浦大桥两岸一段场景，场面宏大有气魄，画面优美，配合三块三星42英寸等离子显示屏，实际操纵船舶操纵台时，整个画面既有“上海电气号”虚拟游船在黄浦江中行驶的大场面(占2.5显示屏)，也有虚拟吊舱式电力推进系统的局部场景(占0.5显示屏)，加上场景程序中带有背景音乐和配音，给人以身临其境的视听觉享受。虚拟船舶驾驶可视化仿真系统采用VB6.0/VC++6.0/X3D/DirectX/OpenGL混合编程技术，运用多线程技术，利用两个线程分别开发虚拟吊舱和虚拟驾驶三维可视化仿真模块，它们通过不同的端口共用同一个IP地址与远程数据通讯系统进行数据通讯。通讯协议采用UDP协议，由于工控机和图形工作站之间的距离在3米之内，所以数据传输的可靠性完全能够保证。
    1.4 远程数据通讯系统
    远程数据通讯系统主要实现工控机与图形工作站之间的远程实时通讯功能，它是船舶操纵电控系统和虚拟船舶驾驶可视化仿真系统之间的数据通讯中转站，它与船舶操纵电控系统运行在同一个工控机上，分两个进程，分别单独运行。远程数据通讯系统接受船舶操纵电控系统发过来的船舶及吊舱式电力推进系统的各种运动控制信号，并把它们实时发送到虚拟船舶驾驶可视化仿真系统，控制虚拟船舶和虚拟吊舱式电力推进系统的运行状况，同时它还具备对远程鼠标和键盘的控制功能，即能利用工控机的鼠标操作与图形工作站相连的三块等离子显示屏幕，便于测试两台计算机之间的数据通讯过程。远程数据通讯系统的软件开发平台为VB6.0，通讯协议采用UDP协议。其运行界面如下：

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