无人艇控制系统设计

发布时间：2017-10-13 05:05

  本文关键词：无人艇控制系统设计

  更多相关文章： 无人艇 岸站监控系统 艇载控制系统 网络系统 多线程

【摘要】：无人艇作为一种海洋无人化平台,可以代替人类在海洋中执行各种科研与工程任务,所以无人艇不管在民用还是军事领域都有着极其广泛的应用前景。对于无人化设备而言,控制系统是它的核心部分,并且无人艇还需要在变化多端的海洋中实现自主航行,这就对无人艇控制系统提出了较高的设计要求。本文以我校建造的无人小目标试验艇为对象,进行了无人艇控制系统设计。无人艇控制系统由艇载控制系统、岸站监控系统和无线通信网络构成。论文首先研究并设计了控制系统的总体架构、网络拓扑结构和通信协议,确定了控制系统各模块的功能,然后分别对艇载控制系统和岸站监控系统进行了详细设计,开发了相应的控制和通信模块软件,通过功能模块调试和系统集成,最终实现了无人艇无线自主控制。论文主要工作包括以下几个方面:1)研究并设计了控制系统总体构架、网络拓扑结构及通信协议。对控制系统中涉及到的串口、NMEA0183、TCP/IP、Modbus等通讯协议进行了详细研究,采用面向对象的方法封装并使用了串口类和Modbus类。2)基于多线程技术设计了艇载控制系统软件,解决了线程同步和线程间通信问题。完成了艇载控制系统中姿态、GPS、声纳等功能模块数据采集设计。3)设计了监控软件界面操控和手柄操控两种无线控制方案。设计了一种基于手动设定巡航点的自动巡航控制。利用Matlab工具,在传统PID控制算法的基础上加入了模糊控制理论进行了无人艇的航向控制仿真,得到了较好的仿真效果。4)基于VC6.0(Visual C++6.0)设计了无人艇岸站监控系统软件,该软件可以实时采集和显示无人艇位置、姿态、视频、电池管理状态等信息,对无人艇进行远程操控,也可按事先设定好的巡航点自动巡航。5)完成了对无人艇控制系统的模块调试和系统集成测试,利用调试工具对软件进行了调试,试航前对以太网网络系统及无线通信部分进行了通信距离和通信速率组网等测试。
【关键词】：无人艇 岸站监控系统 艇载控制系统 网络系统 多线程
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.82;TP273
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 研究背景与意义11-12
• 1.2 本课题国内、外研究现状与发展趋势12-17
• 1.2.1 无人艇研究现状及发展趋势12-15
• 1.2.2 无人艇控制系统现状及发展趋势15-17
• 1.3 主要研究内容与文章结构17-19
• 1.3.1 主要研究内容17
• 1.3.2 文章结构17-19
• 第2章 控制系统总体构架及通信协议设计19-33
• 2.1 无人艇控制系统总体构架19-21
• 2.1.1 无人艇控制系统总体设计19-20
• 2.1.2 无人艇控制系统设备组成20-21
• 2.2 无人艇控制系统网络拓扑结构设计21-22
• 2.3 无人艇控制系统通讯协议设计22-32
• 2.3.1 串口协议设计22-24
• 2.3.2 NMEA0183协议设计24-25
• 2.3.3 TCP/IP和UDP/IP协议设计25-29
• 2.3.4 Modbus协议设计29-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 艇载控制系统设计33-65
• 3.1 艇载控制系统软件构架33-42
• 3.1.1 艇载控制系统线程组成33-35
• 3.1.2 线程同步35-37
• 3.1.3 线程间通信37-42
• 3.2 无人艇数据采集42-48
• 3.2.1 姿态数据采集42-45
• 3.2.2 GPS数据采集45-46
• 3.2.3 声纳数据采集46-48
• 3.2.4 其它数据采集48
• 3.3 手动控制设计48-49
• 3.4 自动巡航模块仿真设计49-53
• 3.4.1 自动巡航功能设计49-50
• 3.4.2 自动巡航仿真实现50-53
• 3.5 基于模糊PID的航向控制仿真53-63
• 3.5.1 控制算法选择53-55
• 3.5.2 模糊变量选择55-56
• 3.5.3 隶属度函数56-57
• 3.5.4 模糊控制规则57-58
• 3.5.5 解模糊化58
• 3.5.6 仿真实验及结果分析58-63
• 3.6 本章小结63-65
• 第4章 岸站监控系统设计65-77
• 4.1 岸站监控系统软件构架65-66
• 4.2 数据解析处理66-71
• 4.2.1 姿态数据包格式66-67
• 4.2.2 声纳数据包格式67
• 4.2.3 电池管理系统数据包格式67-68
• 4.2.4 读取PLC数据包格式68-69
• 4.2.5 GPS数据包格式69
• 4.2.6 解析函数示例69-71
• 4.3 岸站监控系统界面设计71-74
• 4.4 数据库设计74-76
• 4.4.1 数据分析和数据库选择74
• 4.4.2 数据库操作74-76
• 4.5 本章小结76-77
• 第5章 无人艇控制系统调试与测试77-85
• 5.1 项目调试77-80
• 5.1.1 制定调试计划77-78
• 5.1.2 具体调试步骤78-80
• 5.2 基于调试工具的软件调试80-82
• 5.3 无人艇以太网测试82-84
• 5.4 本章小结84-85
• 总结与展望85-87
• 总结85
• 展望85-87
• 参考文献87-91
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及学术成果91-93
• 致谢93

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本文编号：1022954