水面无人艇自主巡航研究与实现

发布时间：2020-03-29 02:12

【摘要】：无人艇作为海洋科研、海上工程、海底探测方面的一个重要平台,是现在各国致力研究的热门领域。无人艇研究涉及通信、控制、图像识别等多个方面,无人艇的发展需要各方面技术的全面发展。无人艇控制主要包括远程遥控、自主巡航、路径规划、任务分配四个方面,其中,自主巡航是无人艇控制领域的研究重点。自主巡航是无人艇自主控制水平的体现,也是无人艇能够在复杂环境下代替人类执行各项任务的前提。本文基于江苏科技大学海洋装备研究院无人艇项目,以自主研发的小型无人艇为研究对象,针对无人艇的自主巡航研究,设计了一种水面无人艇通讯导航控制系统,包括艇载控制系统和岸基控制系统两个部分,艇载控制系统与岸基控制系统之间利用数传、北斗、4G三种方式进行通讯和数据传输。在进行无人艇系统设计时,使用了多传感器进行通讯和导航。通讯方面,采用了以数传通讯为主、以北斗通讯和4G通讯为辅的通讯方式,提高了艇载控制系统与岸基控制系统之间通讯的可靠性。导航方面,使用GPS/北斗双模导航系统、姿态检测系统、雷达、声呐等传感器对无人艇的位置、航速、航向、姿态以及周边环境信息进行测量,实现了对无人艇运动状态的实时检测,确保了航行的安全性。在进行艇载控制系统设计时,以自主研发的数据采集处理板作为硬件平台,以Keil5作为软件平台,基于C语言编程实现对传感器数据的采集与传输。在进行安吉控制系统设计时,以工控机作为硬件平台,以Visual Studio 2015作为软件平台,基于C++编程实现对传感器数据的接收与显示。在进行无人艇控制系统设计时,以S7-200系列PLC作为主控制器,通过控制两个电机,实现对无人艇速度和航向的控制。在进行自主巡航研究时,对船舶航向控制领域常用的控制方法进行研究和分析,并以无人艇的Nomoto模型作为控制对象,选择模糊PID算法进行仿真实验,验证该算法在无人艇航向控制方面的有效性。然后在岸基控制系统的基础上,设计一种无人艇自主巡航实验平台。无人艇通讯导航控制系统设计完成后,将其应用到研究对象上,并进行下水实验。实验结果表明,该系统具有可行性。最后,对所设计的水面无人艇通讯导航控制系统进行了总结,阐述了系统的优点和不足,并说明了今后无人艇的研究目标和方向。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U664.82

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本文编号：2605273