网络式航迹舵的设计与研究

发布时间：2020-09-27 16:47

　　智能驾驶技术是当前热门的话题,通信技术和综合船桥系统是实现船舶智能驾驶的关键。综合船桥系统的网络可以划分为无线网、交换式以太网和现场总线网三层,而航迹舵控制网络属于现场总线网络。因此打造高效可靠的控制网络是船舶智能控制进一步发展的前提。为了满足智能船舶对于控制网络的需求,本文针对航迹舵网络化发展的问题,对网络式航迹舵展开研究和设计,主要解决了航迹舵控制网络的研究与设计、航迹舵系统的软件实现这两个问题。首先,研究分析了几种常用的网络拓扑结构和现场总线网络,采用了 CAN总线作为航迹舵控制网络的现场总线。文中研究设计了航迹舵网络接口电路和网络报文传输格式,实现了控制网络的通信功能,并且满足航迹舵网络化控制的通信需求。其次,在Windows环境下利用Visual C++编程设计航迹舵软件系统。研究分析了航迹舵系统在通信、综合显示、用户操作、数据存储等方面的功能需求,将航迹舵系统分为通信模块、显示模块、操作模块、存储模块、控制模块等五个功能模块,并对各个功能模块进行设计实现。其中航迹舵控制器采用间接式航迹控制方案,航迹控制环节采用PI控制算法,航向控制环节采用单神经元PID控制算法。最后,利用半实物仿真实验对网络式航迹舵的整体功能进行检验。航迹舵系统各部分都运行正常,通过控制网络实现了对船舶模型的航向控制和航迹控制,实现了航迹舵预期的功能。本文所设计的网络式航迹舵具有一定的实用性,使航迹舵融入到综合船桥系统中更加方便,使船舶控制朝着网络化、智能化的方向发展。
【学位单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U664.82
【部分图文】：

框图,环型网

第２章控制网络及网络节点的研究与设计逡逑随着现代船舶自动化的不断发展，航迹舵控制网络也不断发展。首先对航迹逡逑舵的总体结构进行分析，系统结构框图如图２．１所示。逡逑逦１逦位置逦逦逡逑ＧＮＳＳ邋逦＞逦航逦舵令逡逑逦逦逦邋逦？舵逡逑申，赠逦Ｍ向、糊速￥逦迹逡逑＿逦＜逦和逡逑Ｋ逦＾逦实际舵角逡逑逦１逦航速逦舵逡逑测速仪邋逦？逦逦逡逑图２．１航迹舵系统结构框图逡逑Ｆｉｇ．２．１邋Ｓｙｓｔｅｍ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｔｒａｃｋ邋ｋｅｅｐｉｎｇ邋ａｕｔｏｐｉｌｏｔ逡逑航迹舵从电罗经、测速仪、ＧＮＳＳ等各传感器采集航向、转向速率、航速和位逡逑置等船舶航行实时信息，经航迹舵控制器计算得到控制舵角，并将舵令传达给舵逡逑机进行控制。这些数据的传递就需要通过航迹舵控制网络来实现。逡逑２．１网络拓扑结构逡逑航迹舵的控制网络属于现场总线网络，其拓扑结构主要有环形网络结构、树逡逑形网络结构和总线型网络结构［２６］：逡逑（１）环型网络结构逡逑图２．２环型网络结构逡逑Ｆｉｇ．２．２邋Ｒｉｎｇ邋ｎｅｔｗｏｒｋ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑－５－逡逑

树型网络

控制网络及网络节点的研宄与设计网络结构将网络中的各个节点连成一个环，每个节点都有输入、输出图２．２所示。逡逑结构网络中，数据一般以一个方向传输，每个节点在接收到数据的同转发给下一个节点。这种拓扑结构最大的问题就是节点故障检测困难，逡逑节点的故障会引起整个网络的故障。逡逑）树型网络结构逡逑网络结构的样子就好像一颗倒置的树，顶端的根节点就好像树的主干若干个分支（子节点），每一个分支节点还可能带有一个或若干个分支所示。逡逑

网络结构图,总线型,网络结构,罗经

逦舵机逦罗经逡逑图２．５航迹舵控制网络拓扑结构逡逑Ｆｉｇ．邋２．５邋Ｃｏｎｔｒｏｌ邋ｎｅｔｗｏｒｋ邋ｔｏｐｏｌｏｇｙ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｔｒａｃｋ邋ｋｅｅｐｉｎｇ邋ａｕｔｏｐｉｌｏｔ逡逑航迹舵与ＧＮＳＳ、罗经、测速仪、舵机，还有其它辅航设备通过只一条总线相逡逑连，共同构成航迹舵控制网络。这样不仅可以合理地解决船舶航迹控制网络中各逡逑种数据传输共享的问题，提高数据传输速率，在满足航迹舵系统实时性要求的同逡逑时减少数据线缆。逡逑－７－逡逑

【参考文献】