水面无人艇运动控制系统设计与实现

发布时间：2017-10-22 03:14

  本文关键词：水面无人艇运动控制系统设计与实现

  更多相关文章： 水面无人艇 船载运动控制器 远程控制平台 航迹跟踪 LOS导引原理 航向控制 抗饱和PID

【摘要】：随着陆地资源的枯竭,海洋逐渐成为世界各国抢先开发的资源要地。水面无人艇作为海洋开发过程中的一个重要工具得到各海洋强国的高度重视。运动控制技术是水面无人艇研究的基础性问题之一,是实现水面无人艇海洋作业的关键。设计制作一种低成本的水面无人艇运动控制系统,不仅为先进运动控制算法提供可验证的实验平台,而且能为研制更高性能的运动控制器打下坚实基础,具有重要的实际意义。本文设计与制作了一种低成本的水面无人艇运动控制系统,提供自动导航、远程控制、图形界面显示等功能。该系统一方面可以为科研工作者提供理论验证实验平台。另一方面也可以搭载小型海洋探测器构建海洋移动监测网络。论文分三个方面对水面无人艇运动控制系统进行介绍。首先介绍了船载运动控制器的设计过程。船载运动控制器的设计包括硬件电路设计和硬件驱动程序设计。硬件电路是构成船载运动控制器的物理设备,包括传感器模块、控制器、无线通信模块、电源电路等。硬件驱动程序是可编程器件中的程序,它将硬件电路模块包装为子函数。运动控制算法程序通过对子函数的操作来控制无人艇硬件模块,实现航迹跟踪和航向控制。然后介绍了远程控制平台的开发过程。远程控制平台由上位机和无线通信模块组成。上位机运行的图形用户界面程序是远程控制平台的主体。图形用户界面在GUIDE环境下编写,可以很好地兼容MATLAB环境下的运动控制算法程序。运动控制算法程序通过算法扩展接口与无线通信模块进行信息交流,获取水面无人艇运行状态并发送控制指令,实现水面无人艇的远程控制功能。同时,图形用户界面也提供航迹规划、无线控制、图形显示等功能。最后研究了水面无人艇运动控制算法。运动控制算法研究中将运动控制分为导引层、控制层和执行层。控制层采用抗饱和PID控制算法,实现了水面无人艇的航向控制；导引层采用LOS导引原理,实现了水面无人艇的航迹跟踪。实验验证了所采用方法的有效性。
【关键词】：水面无人艇 船载运动控制器 远程控制平台 航迹跟踪 LOS导引原理 航向控制 抗饱和PID
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.82
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题背景与意义10-16
• 1.1.1 国外研究现状11-15
• 1.1.2 国内研究现状15-16
• 1.2 论文研究内容16-18
• 1.3 论文的结构18-19
• 第2章 船载运动控制器设计19-43
• 2.1 控制器硬件电路设计19-31
• 2.1.1 硬件电路工作原理20-21
• 2.1.2 硬件模块21-31
• 2.2 硬件驱动程序编写31-41
• 2.2.1 硬件驱动总体设计32-33
• 2.2.2 通信协议概述33-37
• 2.2.3 子程序设计37-41
• 2.3 本章小结41-43
• 第3章 远程控制平台开发43-53
• 3.1 图形用户接口开发环境44-45
• 3.1.1 坐标轴44
• 3.1.2 切换按键44-45
• 3.1.3 触控按钮45
• 3.1.4 滑动条45
• 3.1.5 可编辑文本45
• 3.2 回调函数与特殊对象45-47
• 3.2.1 定时器46-47
• 3.2.2 串行通信接口47
• 3.3 图形用户界面设计47-52
• 3.3.1 界面操作区48-49
• 3.3.2 航迹规划与制图区49-50
• 3.3.3 手动控制区50-51
• 3.3.4 扩展算法与制图区51-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第4章 水面无人艇运动控制算法53-64
• 4.1 运动控制层级54-55
• 4.2 航向控制55-58
• 4.2.1 航向控制问题描述55
• 4.2.2 抗饱和PID航向控制55-56
• 4.2.3 航向控制程序56-57
• 4.2.4 航向控制器实验结果57-58
• 4.3 航迹跟踪58-63
• 4.3.1 航迹跟踪问题描述58-59
• 4.3.2 LOS导引原理59-60
• 4.3.3 航迹跟踪程序设计60-61
• 4.3.4 航迹跟踪实验61-63
• 4.4 本章小结63-64
• 结论与展望64-66
• 参考文献66-70
• 攻读学位期间公开发表论文70-71
• 致谢71-72
• 作者简介72

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本文编号：1076491