无人艇操控仿真系统的研究

发布时间：2019-09-05 09:09

【摘要】：近年来,海洋资源进一步深入开发,海洋安全越来越受到广泛关注。水面无人艇(USV),以其体积小、灵活性高、隐蔽性强等特点在海洋资源开发和装备军事方面有着广阔的使用空间,因此其正在成为各国重点研究和开发的对象。本文结合无人艇的发展和研究现状,利用实验室现有设备构造出一套无人艇操控仿真系统,并对各组成部分进行研究。所设计的无人艇操控仿真系统包含两个子系统,分别为船载系统和岸基系统。其中船载系统由PC机、自动操舵仪、无线数传模块、水平转台和电罗经组成。船载系统与岸基系统之间的信息交换通过无线数传模块完成。岸基系统应用Tiny6410 ARM开发板作为主控制板,运行环境为Linux系统,开发环境为Qt Creator。利用QextSerialPort类进行串口通信程序设计,利用图形设计器Qt Designer设计了具有软键盘输入的用户界面。可以通过用户界面选择无人艇的控制方式和设定航向、航速,通过无线数传模块发送给船载系统,在界面中可以实时显示由船载系统通过无线数传模块反馈回来的舵角和航向。在船载系统中利用VC++6.0编程实现无人艇数学模型解算,PC机作为无人艇数学模型运行的载体,电罗经放在水平转台上,水平转台旋转带动电罗经转动来模拟无人艇航向改变,船载系统通过无线模块把航向和舵角反馈给岸基系统。根据岸基系统发送过来的指令航向,自动操舵仪等设备为无人艇数学模型提供实际的舵角信号,根据此舵角信号解算出航向,然后将航向信号一路发送给自动操舵仪形成航向反馈回路,一路发送给水平转台控制器。水平转台控制器同时接收电罗经提供的航向信号,两航向相比得出航向偏差,水平转台控制器根据航向偏差发送脉冲控制信号给步进电机驱动器用来驱动步进电机以带动水平转台旋转,放在上面的电罗经随着转台旋转而转动,从而可以模拟无人艇航向的变化。最后进行了系统综合测试,包括无人艇模型解算测试、通信测试和控制测试。测试结果表明所设计的无人艇操控仿真系统能较真实和准确的反映无人艇的运行状况,该系统可为后续相关研究提供一套仿真平台。
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在我国用于民事的无人艇应用技术相对比较成熟，如２００８年，新光公司开逡逑发出的无人艇＂天象１号＂，在奥运会青岛帆船比赛期间，为赛事提供可靠的气逡逑象信息。＂天象１号＂能够有两种航行方式，即自主航行和远程遥控。如图１．２逡逑所示。逡逑逦Ｉ逡逑：；：■＇邋１逡逑图１．２邋＂天象一号＂无人艇逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｔｈｅ邋＂ＴＩＡＮ邋ＸＩＡＮＧ邋ＹＩ邋ＨＡＯ＂邋ＵＳＶ逡逑美国等军事强国都把发展无人艇作为发展未来海上武器的一个重要部分。而逡逑我国无人艇的发展现状尚不能满足在未来海洋战争中我军所面临的扫雷、反潜和逡逑侦查等多种军事任务Ｗ。因此，大力深入开发研究无人艇的关键技术，其中包括逡逑无人艇的自主控制、自主识别、自动避障和自主规划等自主技术。研制出具有安逡逑全高效、多功能的无人艇进行军事装备，这将对我军海洋战争中，排除海上通道逡逑上的潜在威胁，进巧近距离侦查，获取对方的军事详情，获得战争先机和优势有逡逑着重要的战略意义。逡逑目前，，无人艇的研究和仿真多采用数字仿真或者物理仿真。２０１１年，哈尔逡逑滨工程大学的王卓教授等人利用ＶＣ＋＋６．０／Ｖｅｇａ邋Ｐｒｉｍｅ开发出无人艇协同仿真平逡逑台ｔＷ。２０１２年，哈尔滨工程大学的廖煌雷博±利用实际无人艇进行了无人艇的逡逑控制算法研充ｔＷ。２０１３年，大连海事大学的伍文焊硕±利用ＭＡＴＬＡＢ／ＧＵＩ技术逡逑搭建完成无人艇巧试验仿真平台ｔｎｉ。逡逑本文中对无人艇的研究采用混合仿真，即数字与物理结合的仿真技术ｔＢＩ。混逡逑合仿真与纯数字和纯物理仿真相比有着独特的优势。纯物理仿真虽然真实性较强

在本文中，新建Ｔ一个带有山的项目工程后，在项目中添加第Ｈ方逡逑串口类源文件和头文件。在山中进行界面设计，包括参数设置界面，显示航迹逡逑变化界面，思示能角变化界面，如图３．邋３所示，参数设置界面如图３．邋４所示。逡逑？卿逦听巧Ｐ之Ｔ．Ｉ：－抗逡逑ＥＩＨＮｋ？

本文编号：2532106