基于DSP的船舶机舱自动化系统控制器研究

发布时间：2016-11-10 20:23

  本文关键词：舰船机舱自动化系统设计与研究，由笔耕文化传播整理发布。

《重庆大学》 2010年

基于DSP的船舶机舱自动化系统控制器研究

黄鹏  

【摘要】： 随着我国航运事业的蓬勃发展,船舶工业发展迅速,成绩斐然,船舶科技进步令人瞩目。船舶工业是国家重点发展的战略工程,已经进入了我国十大振兴产业规划,未来十年是中国船舶工业发展的关键时期。同时,随着计算机硬件、软件和集成电路技术的迅速发展,机舱自动化系统已成为船舶工业中最具活力的分支之一,并取得了巨大进步。随着机舱系统自动化程度的日益提高,传统的采用PLC等通用控制器设计的船舶机舱自动化控制系统在性能、结构和安全等方面都难以适应当前技术发展的需求。数字信号处理器(Digital Signal Processor, DSP)是一种高速专用微处理器,精度高,可靠性好,实时性高;其中TMS320F2812运算功能强大,能实现高速输入和高速率传输数据,且内置CAN控制器,可为机舱自动化控制系统提供高效可靠的平台。在这种条件下,本文设计完成了基于DSP的船舶机舱自动化系统控制器。 本文首先介绍了船舶机舱自动化系统的总体结构以及柴油机主机转速控制使用的变论域模糊PID控制算法和自动舵航向控制使用的模糊滑模控制算法,为下位机DSP控制器设计打下理论基础。然后根据DSP控制器对各船舶子系统监控的基本原理,介绍了基于TMS320F2812芯片的DSP控制器及外围模块的系统下位机硬件结构。接着详细描述了上下位机通信软件的设计过程,并利用MATLAB与CCS的快速控制原形完成了系统控制算法的软件实现。最后基于项目搭建的船舶机舱自动化系统实时混合仿真平台,完成了系统控制器的仿真和实验,验证了控制策略的合理性和控制器的可行性。 本文将DSP下位机控制器与上位机两级控制系统应用到船舱自动化领域,设计完成了面向船舶制造行业的船舱自动化系统中DSP控制器的设计方法,并且将DSP与CAN总线相结合,使船舶机舱自动化系统的可靠性和实时性能得到了很大的提高。

【关键词】：
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TP273
【目录】：

中文摘要3-4

英文摘要4-8

1 绪论8-14

1.1 课题的来源和研究背景8-9

1.2 船舶机舱自动化系统控制器的发展现状9-12

1.2.1 船舶机舱自动化发展历史及现状9-10

1.2.2 DSP 在机舱自动化系统中应用及研究现状10-12

1.3 课题研究的主要工作和意义12-14

1.3.1 课题研究的主要工作12-13

1.3.2 课题研究的意义13-14

2 船舶机舱自动化系统总体结构及算法14-34

2.1 船舶机舱自动化系统总体结构14-18

2.1.1 系统总体结构14-15

2.1.2 系统硬件资源15-17

2.1.3 上位机监控系统介绍17-18

2.2 基于变论域模糊PID 的船舶主机转速控制算法18-28

2.2.1 柴油机系统结构及数学模型18-23

2.2.2 变论域模糊 PID 控制器23-28

2.3 基于模糊滑模的自动舵智能算法28-33

2.3.1 船舶航向控制系统结构及数学模型28-29

2.3.2 反馈线性化29-30

2.3.3 模糊趋近律滑模控制器30-33

2.4 本章小结33-34

3 系统控制器硬件结构34-44

3.1 系统下位机总体结构34

3.2 DSP 芯片的选型与特点34-37

3.2.1 DSP 芯片的选型34-36

3.2.2 TMS320F2812 芯片的特点36-37

3.3 DSP 控制器外围模块37-42

3.3.1 电源电路37-38

3.3.2 复位、时钟震荡以及JTAG 接口电路38-39

3.3.3 CAN 总线接口电路39-40

3.3.4 A/D 输入转换电路40-41

3.3.5 PWM 输出及其他引脚扩展电路41-42

3.4 本章小结42-44

4 系统控制器软件设计44-60

4.1 软件开发环境CCS44-45

4.2 控制器软件系统总体结构45

4.3 上下位机通信软件设计45-52

4.3.1 eCAN 模块的初始化45-48

4.3.2 iCAN 协议下的通信配置48-50

4.3.3 CAN 总线通信50-52

4.3.4 程序调试52

4.4 控制算法软件实现52-59

4.4.1 DSP 控制算法软件设计方法52-53

4.4.2 快速控制原形53

4.4.3 DSP 代码自动生成流程53-54

4.4.4 控制算法软件实现设计54-58

4.4.5 代码优化及烧写58-59

4.5 本章小结59-60

5 控制器仿真与实验研究60-70

5.1 控制器仿真研究60-66

5.1.1 船用柴油机变论域模糊PID 控制器仿真研究60-63

5.1.2 船舶航向模糊滑模控制器仿真研究63-66

5.2 控制器实验研究66-69

5.2.1 船舶机舱自动化系统半实物实时仿真平台66-68

5.2.2 控制器软硬件的实验验证68-69

5.3 本章小结69-70

6 结论与展望70-72

6.1 主要结论70

6.2 后续工作的展望70-72

致谢72-74

参考文献74-78

附录78

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录78

B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目78

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  本文关键词：舰船机舱自动化系统设计与研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：170419