本文關(guān)鍵詞：水面無人艇運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：隨著陸地資源的枯竭,海洋逐漸成為世界各國(guó)搶先開發(fā)的資源要地。水面無人艇作為海洋開發(fā)過程中的一個(gè)重要工具得到各海洋強(qiáng)國(guó)的高度重視。運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)是水面無人艇研究的基礎(chǔ)性問題之一,是實(shí)現(xiàn)水面無人艇海洋作業(yè)的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)制作一種低成本的水面無人艇運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),不僅為先進(jìn)運(yùn)動(dòng)控制算法提供可驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),而且能為研制更高性能的運(yùn)動(dòng)控制器打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),具有重要的實(shí)際意義。本文設(shè)計(jì)與制作了一種低成本的水面無人艇運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),提供自動(dòng)導(dǎo)航、遠(yuǎn)程控制、圖形界面顯示等功能。該系統(tǒng)一方面可以為科研工作者提供理論驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。另一方面也可以搭載小型海洋探測(cè)器構(gòu)建海洋移動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。論文分三個(gè)方面對(duì)水面無人艇運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行介紹。首先介紹了船載運(yùn)動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)過程。船載運(yùn)動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)包括硬件電路設(shè)計(jì)和硬件驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)。硬件電路是構(gòu)成船載運(yùn)動(dòng)控制器的物理設(shè)備,包括傳感器模塊、控制器、無線通信模塊、電源電路等。硬件驅(qū)動(dòng)程序是可編程器件中的程序,它將硬件電路模塊包裝為子函數(shù)。運(yùn)動(dòng)控制算法程序通過對(duì)子函數(shù)的操作來控制無人艇硬件模塊,實(shí)現(xiàn)航跡跟蹤和航向控制。然后介紹了遠(yuǎn)程控制平臺(tái)的開發(fā)過程。遠(yuǎn)程控制平臺(tái)由上位機(jī)和無線通信模塊組成。上位機(jī)運(yùn)行的圖形用戶界面程序是遠(yuǎn)程控制平臺(tái)的主體。圖形用戶界面在GUIDE環(huán)境下編寫,可以很好地兼容MATLAB環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)控制算法程序。運(yùn)動(dòng)控制算法程序通過算法擴(kuò)展接口與無線通信模塊進(jìn)行信息交流,獲取水面無人艇運(yùn)行狀態(tài)并發(fā)送控制指令,實(shí)現(xiàn)水面無人艇的遠(yuǎn)程控制功能。同時(shí),圖形用戶界面也提供航跡規(guī)劃、無線控制、圖形顯示等功能。最后研究了水面無人艇運(yùn)動(dòng)控制算法。運(yùn)動(dòng)控制算法研究中將運(yùn)動(dòng)控制分為導(dǎo)引層、控制層和執(zhí)行層�？刂茖硬捎每癸柡蚉ID控制算法,實(shí)現(xiàn)了水面無人艇的航向控制；導(dǎo)引層采用LOS導(dǎo)引原理,實(shí)現(xiàn)了水面無人艇的航跡跟蹤。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所采用方法的有效性。
【關(guān)鍵詞】：水面無人艇 船載運(yùn)動(dòng)控制器 遠(yuǎn)程控制平臺(tái) 航跡跟蹤 LOS導(dǎo)引原理 航向控制 抗飽和PID
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U664.82
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 課題背景與意義10-16
• 1.1.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.1.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2 論文研究?jī)?nèi)容16-18
• 1.3 論文的結(jié)構(gòu)18-19
• 第2章 船載運(yùn)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)19-43
• 2.1 控制器硬件電路設(shè)計(jì)19-31
• 2.1.1 硬件電路工作原理20-21
• 2.1.2 硬件模塊21-31
• 2.2 硬件驅(qū)動(dòng)程序編寫31-41
• 2.2.1 硬件驅(qū)動(dòng)總體設(shè)計(jì)32-33
• 2.2.2 通信協(xié)議概述33-37
• 2.2.3 子程序設(shè)計(jì)37-41
• 2.3 本章小結(jié)41-43
• 第3章 遠(yuǎn)程控制平臺(tái)開發(fā)43-53
• 3.1 圖形用戶接口開發(fā)環(huán)境44-45
• 3.1.1 坐標(biāo)軸44
• 3.1.2 切換按鍵44-45
• 3.1.3 觸控按鈕45
• 3.1.4 滑動(dòng)條45
• 3.1.5 可編輯文本45
• 3.2 回調(diào)函數(shù)與特殊對(duì)象45-47
• 3.2.1 定時(shí)器46-47
• 3.2.2 串行通信接口47
• 3.3 圖形用戶界面設(shè)計(jì)47-52
• 3.3.1 界面操作區(qū)48-49
• 3.3.2 航跡規(guī)劃與制圖區(qū)49-50
• 3.3.3 手動(dòng)控制區(qū)50-51
• 3.3.4 擴(kuò)展算法與制圖區(qū)51-52
• 3.4 本章小結(jié)52-53
• 第4章 水面無人艇運(yùn)動(dòng)控制算法53-64
• 4.1 運(yùn)動(dòng)控制層級(jí)54-55
• 4.2 航向控制55-58
• 4.2.1 航向控制問題描述55
• 4.2.2 抗飽和PID航向控制55-56
• 4.2.3 航向控制程序56-57
• 4.2.4 航向控制器實(shí)驗(yàn)結(jié)果57-58
• 4.3 航跡跟蹤58-63
• 4.3.1 航跡跟蹤問題描述58-59
• 4.3.2 LOS導(dǎo)引原理59-60
• 4.3.3 航跡跟蹤程序設(shè)計(jì)60-61
• 4.3.4 航跡跟蹤實(shí)驗(yàn)61-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 結(jié)論與展望64-66
• 參考文獻(xiàn)66-70
• 攻讀學(xué)位期間公開發(fā)表論文70-71
• 致謝71-72
• 作者簡(jiǎn)介72

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