减摇水舱嵌入式控制系统的设计与开发

发布时间：2017-10-29 14:17

  本文关键词：减摇水舱嵌入式控制系统的设计与开发

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【摘要】：船舶在海面航行时,会由于海况的影响,导致横摇运动加剧。减摇水舱作为最广泛使用的减摇装置之一,具有结构简单、成本低、可在零航速和低航速下进行减摇等优点。可控被动式减摇水舱作为一种高效的减摇水舱,可通过自动控制系统控制气阀和水阀的状态改变水舱内水的振荡周期,以适应不断变化的海况,保证在任何海浪的作用下都可以进行减摇。由此可见,良好的减摇水舱控制系统,对提高减摇水舱的减摇效果,进而改善船舶的安全性,减少运输成本,提高装卸效率,有着重要的作用。 为了实现减摇水舱控制系统对水舱自动控制过程中对船舶状态信息的采集、分析,进而实现对水舱的有效控制,论文根据船舶减摇水舱试验装置的实际情况及可控被动式减摇水舱的减摇原理进行了需求分析和功能分析,其中的核心部分为模块通讯协议以及自动控制算法的研究及设计。论文提出了一种基于MicroCAN通讯协议的嵌入式控制系统的设计方案。该方案基于高性能、高可靠性的ARM芯片对系统进行分布式设计,将系统分为中心控制器和人机交互模块,其中中心控制器由中心控制模块、I/O控制模块、通讯转接模块三部分组成。论文针对各模块进行了分析和研究,实现了各个模块的机械设计、硬件设计和软件设计。 系统样机通过了500小时稳定性实验及《军用装备实验室环境试验标准》的实验项目,系统稳定性和可靠性满足军用产品要求。两组减摇效果实验结果分别为78%和58%；系统可以产生较好的减摇效果。 系统满足实船上对可控被动式减摇水舱的使用要求。目前该系统已安装于十艘高等级船舶当中。
【关键词】：减摇水舱 可控被动式 分布式系统 嵌入式 减摇算法
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U664.73;TP273
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 目录9-12
• 第一章 诸论12-26
• 1.1 引言12-13
• 1.2 国内外减摇技术发展与现状13-21
• 1.2.1 减摇装置概述13-17
• 1.2.2 减摇水舱的发展17-21
• 1.3 减摇水舱控制装置概述21-22
• 1.3.1 常见减摇控制装置21
• 1.3.2 可控式减摇水舱控制装置在系统中的作用21-22
• 1.4 控制装置的选择22-23
• 1.5 论文的研究意义、目标和内容23-24
• 1.6 本章小结24-26
• 第二章 水舱嵌入式控制系统概述26-34
• 2.1 减摇水舱减摇原理26-30
• 2.1.1 被动式减摇水舱减摇原理26-28
• 2.1.2 可控被动式减摇水舱减摇原理28-30
• 2.2 系统设计概述30-33
• 2.2.1 需求分析30-31
• 2.2.2 系统设计31-33
• 2.3 系统机械结构及软硬件结构33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 减摇自动控制算法的研究与设计34-46
• 3.1 船舶-减摇水舱模型34-37
• 3.1.1 船舶-被动式减摇水舱模型34-36
• 3.1.2 船舶-可控被动式减摇水舱模型36-37
• 3.2 海浪模型37-39
• 3.2.1 简单波37
• 3.2.2 不规则海浪37-39
• 3.3 减摇自动控制算法的研究39-41
• 3.3.1 关阀时刻确定39
• 3.3.2 开阀时刻确定39-41
• 3.4 减摇自动控制算法的设计41-43
• 3.5 减摇效果的评定43-45
• 3.5.1 减摇能力43-44
• 3.5.2 减摇效率44-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第四章 系统机械及硬件系统设计46-56
• 4.1 系统机械结构46-48
• 4.1.1 减摇水舱控制箱结构46
• 4.1.2 中心控制器机械设计46-47
• 4.1.3 人机交互模块机械设计47-48
• 4.2 中心控制器硬件设计48-52
• 4.2.1 中心控制模块硬件设计48-49
• 4.2.2 I/O控制接模块硬件设计49-51
• 4.2.3 通讯转接模块硬件设计51-52
• 4.3 人机交互模块硬件设计52-54
• 4.3.1 ECM-152052-53
• 4.3.2 人机交互模块结构53-54
• 4.4 本章小结54-56
• 第五章 系统软件设计56-70
• 5.1 引言56
• 5.2 CAN总线56-58
• 5.2.1 CAN总线简介56-57
• 5.2.2 CAN总线特点57-58
• 5.3 MicroCAN通信协议58-61
• 5.3.1 MicroCAN数据格式定义58-60
• 5.3.2 数据通讯流程60-61
• 5.4 中心控制器软件设计61-65
• 5.4.1 中心控制模块软件设计61-63
• 5.4.2 I/O控制模块软件设计63-64
• 5.4.3 通讯转接模块软件设计64-65
• 5.5 人机交互模块设计65-68
• 5.6 本章小结68-70
• 第六章 实验分析及系统应用70-76
• 6.1 自动控制算法测试70-73
• 6.2 系统运行环境实验73-75
• 6.3 稳定性实验75
• 6.4 系统应用情况75
• 6.5 本章小结75-76
• 第七章 总结与展望76-80
• 7.1 总结76-77
• 7.2 展望77-80
• 参考文献80-84
• 攻读硕士期间承担的科研任务及主要成果84

【参考文献】

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本文编号：1113334