本课题以远洋船舶的典型航向控制器为研究对象,研制了以西门子S7-200PLC为控制核心,结合PC机进行联合控制、监控与记录的新一代船舶航向控制仿真器。该仿真器满足IMO和中国海事局的各项要求,满足各远洋船舶公司未来船舶驾驶急需人才的培养与知识更新要求。本文首先介绍了船舶航向控制器组成及其特点,根据其工作过程特点和操作要求,分析了船舶运动和舵机系统等典型控制系统的动态特性,全面建立了船舶运动数学模型、舵机系统模型,并根据操作员的选择可相应修改船舶运动模型的参数,模拟船舶在不同船型、不同状态下的不同的操作性能。在已建立的动态数学模型基础上,作者使用Matlab/Simulink实时仿真工具,建立了相应的仿真模型,并将各个子模块连接起来构成整个船舶航向控制器仿真模型,通过设置合理的仿真参数和合适的算法,进行了实时计算机仿真试验。根据仿真实验结果,进一步设计了一套基于“实物+硬件模拟系统+软件模拟系统”混合仿真方式的船舶航向控制器实时仿真系统,提出了整个仿真系统的设计思想和方法,叙述了其结构组成和功能。PLC控制程序用STEP 7 Micro/WIN V4.0编程软件编写,仿真软件用C#.NET 2003实现。仿真系统利用SQL SERVER2000数据库管理系统记录操舵人员的操作和船舶航向轨迹。PLC与PC机之间由S7-200 PCAccess通过接口电缆进行数据传递。仿真系统提供了多元化操舵培训方式,以提高训练的便利性。PC机既可以作为单独的操舵训练系统,通过软界面进行操舵训练,又可以作为教练员工作站,对学员硬件操作结果实现远程监视,对操舵仪模拟器硬件面板参数根据需要进行修改,也可在PC机实现模拟器硬件航向控制。必要时基于PLC的操舵仪模拟器可在完全脱离PC机的情况下单独运行,进行操舵训练。