1、目的及意义（含国内外研究现状分析）

1.1、 研究课题的目的及意义

当今世界正处在全球化和经济高速发展的时代，国家之间的贸易往来十分频繁，海洋运输作为世界贸易运输的主要工具，其作用不言而喻。改革开放40年来，中国海运业有了长足的发展，早已跨入航运大国行列，并不断向航运强国领域迈进。这对船舶航向安全有很高的要求。船舶舵机是船舶的保持和改变航向的控制设备，在保证船舶安全航行方面起着重要作用，是船舶的一个重要组成部分^[1][2]。对船舶舵机控制虚拟仿真就有着十分重要和现实的意义。国际海事组织(IMO)在STCW78/95 公约中已将其列入船员培训的必备条件之一, 并对其一般性能标准和建议性标准做了详细规定^[3]。

船舶舵机控制虚拟仿真系统一方面取代传统船舶舵机为进行性能分析而进行航行试验，不仅可以降低实验的硬件成本，而且更新换代业比较容易，节省了成本和时间^[4]。另一方面通过建模仿真可以为船员培训、实操考试提供了一个虚拟形象的环境，增强了学员的沉浸感，不仅使学员了解系统的工作原理，同时又可以熟悉整体的操作环境，为培养高素质的船员有着重要的意义与作用^[5]。

此次毕业设计所使用的三维建模仿真软件是3dsMax。3dsMax是Discreet公司开发的（后被Autodesk公司合并）基于PC系统的三维动画渲染和制作软件^[6][7][8]。由于该软件对电脑系统的配置要求较低、强大的角色动画制作能力、可安装各种增强插件、可堆叠的建模步骤, 等诸多对模型制作有非常大的提升作用的扩展功能, 使其迅速成长发展为当今社会主流的三维设计软件^[9]。

1.2、国内外的研究现状分析

当今时代是信息时代，随着计算机技术的发展，虚拟仿真技术早已广泛应用于各个领域的研究。而纵观虚拟仿真技术的发展，国外对于虚拟仿真技术的研究起步较早，的发展概括起来大致为三个阶段: 20 世纪50 年代到70 年代, 是虚拟现实技术的探索阶段;80 年代前中期, 是虚拟现实技术从实验室走向实用的阶段; 80 年代末到21 世纪初, 是虚拟现实技术快速发展时期^[3][10]。在 20 世纪 50 年代，Hanpun(1953)和 Nightingale（1957）采用传递函数法对液压伺服系统进行了动态性能分析。上世纪70年代初开始，国外就开始进行计算机数字仿真研究。几十年的研究，虚拟仿真软件包的性能有了大大的提高：出现了速度快、精度高、多输入输出且交互友好的图形化用户接口，如HYDSIM、DSH等^[11]。80年代初，由英国大学研制开发出一款专门对液压与气动系统进行时域仿真分析的软件，它便是HASP。美国、瑞典、芬兰虽然相继研发出PERSIM、HOPSAN、CATSIM，但在建模原理、程序结构与功能上都未超出 DSH 与 HASP 的基本模式^[3][13]。HASP在90年代初经过升级改名为Bath/fp。2001年该软件的Windows NT版本发布。法国IMAGINE公司推出AMESim软件，这是一个拥有图形化开发环境的通用的仿真和动态性能分析的软件^[14]。近年来随着工业现代化的发展，对虚拟仿真技术的要求不断提高，一些新的软件出现在人们的视野中，如美国的EASY5,荷兰的202sim等，同时Matlab下也出现了专门应用与液压系统仿真的液压元件库Simhydraulic库^[15]。

我国对于虚拟仿真技术的研究起步较晚，上世纪80年代初，虚拟仿真是我国重点攻关项目，我国开始对虚拟仿真技术进行研发，由上海交通大学、浙江大学等单位共同承担。在这方面我国通过引进外国先进的液压仿真软件，通过借鉴学习到研制出具有自主知识产权的液压仿真软件，东南大学在DSH的基础上开发出基于Windows的DSH软件版本浙江大学在DSH的基础上进行研发出具有自主知识产权的液压仿真专用软件Simul/ZD^[11]。上海交通大学自主研发出了针对液压原理图的软件包 HYCAD^[3]。北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院利用统一化的建模方法，研究并开发了液压系统自动建与仿真软件 MEHSIM，并取得了很好的进展^[11]。但是上述液压仿真软件同国外仍存在较大差距。不过近几十年来, 随着国内通信技术、计算机的同步发展和相互促进，中国成为世界上信息技术与产业飞速发展的大国，特别是网络技术的迅速崛起与普及,相信与国外的差距会越来越小。