基于ARM的船舶自动舵测试系统研究

发布时间：2017-09-21 00:11

  本文关键词：基于ARM的船舶自动舵测试系统研究

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【摘要】：随着全球经济的发展,以船舶为载体的航运行业的优势逐渐凸显出来。对于船舶来说,自动操舵仪是进行航向控制的关键性设备,它性能的好与坏会直接影响到船舶是否能够安全、高效、经济的运行。然而,在装载到船舶之前,自动操舵仪由于得不到输入、输出信号,而无法进行正常的功能测试,这使得对于自动操舵仪的研制、升级以及检修面临很大困难,为此,本文结合实际自动舵以及嵌入式系统,设计并实现了一套基于ARM的船舶自动舵测试系统。首先,根据船舶控制系统的工作原理,本文对船舶自动舵测试系统的整体硬件框架进行了设计。通过PLC与步进电机来代替实船中复杂的液压舵机系统产生舵角,采用ARM嵌入式系统装载船舶数学模型模拟实船的运动,产生航向数据以及处理舵角数据,自动操舵仪则选用可在实船中使用的真实自动操舵仪,再通过各个硬件的特性,将设备之间进行电气连接,使整个硬件系统组成完整的闭环。然后,作者在Qt环境中为ARM设计了一套基于ARM的船舶自动舵测试软件。首先在Matlab中建立了船舶数学模型,之后通过Matlab Coder将其转化为C文件；同时,设计了可对舵机转速、航速以及运行环境等进行设置的参数设置界面,为船舶模型载入运行参数；还设计了图形显示界面用于显示模拟船舶运动时的航迹、航向以及舵角数据,期间解析了IEC61162通信协议,为自动舵与ARM板间通信建立了协议基础。为了实现对自动舵的远程测试,还在手机中设计了一套测试软件,也包含参数设置以及图形显示界面,并将Wi-Fi模块接入ARM板,通过UDP协议,使其在网络间与手机完成通信。最后,作者对整套系统进行了综合测试,包括通过手动以及随动操舵对硬件进行了测试,显示硬件性能良好；通过回转试验以及“Z”型试验验证了ARM板中船舶模型的有效性；通过航向控制试验,对自动操舵仪的控制性能进行了测试,试验结果表明自动舵的控制性能优异。总体测试结果表明,所设计的基于ARM的船舶自动舵测试系统结构合理,功能正确,具有一定的应用价值。
【关键词】：自动操舵仪 ARM Wi-Fi 系统测试
【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
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 选题的背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及其发展趋势11-13
• 1.3 研究工作的主要内容13-14
• 第二章 测试系统的硬件设计14-24
• 2.1 硬件系统的总体设计14
• 2.2 系统的硬件组成14-23
• 2.2.1 船舶自动操舵仪15-16
• 2.2.2 ARM板16-18
• 2.2.3 Wi-Fi模块18-19
• 2.2.4 操舵开关箱19
• 2.2.5 舵机舱报警箱19
• 2.2.6 油泵启动箱19-20
• 2.2.7 舵角产生及反馈机构20-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第三章 系统开发软件与关键技术24-41
• 3.1 Linux系统24-25
• 3.2 Qt开发环境25-27
• 3.3 ARM端开发关键技术27-31
• 3.4 Android概述31-34
• 3.4.1 Android的系统结构32-33
• 3.4.2 Android应用程序框架33-34
• 3.5 手机端开发关键技术34-37
• 3.6 USR-WIFI232-T模块软件配置37-40
• 3.7 本章小结40-41
• 第四章 系统软件的设计与实现41-57
• 4.1 ARM端软件设计41-52
• 4.1.1 数学模型转换与显示界面的软件设计42-46
• 4.1.2 参数设置界面及键盘界面46-47
• 4.1.3 性能指标的计算47-48
• 4.1.4 ARM板与自动舵间的数据通信48-50
• 4.1.5 ARM板的Wi-Fi通信50-52
• 4.2 手机端软件设计52-56
• 4.2.1 图形显示界面的设计52-53
• 4.2.2 参数的设置与载入界面53-55
• 4.2.3 UDP通信55-56
• 4.3 本章小结56-57
• 第五章 系统测试与分析57-67
• 5.1 系统的硬件测试57-58
• 5.2 系统综合测试58-66
• 5.2.1 船舶模型有效性的测试59-63
• 5.2.2 自动舵控制性能的测试63-66
• 5.3 本章小结66-67
• 第六章 总结67-68
• 参考文献68-71
• 致谢71

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本文编号：891218