本文關鍵詞：水面無人艇試驗平臺設計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著世界各國對海洋權益的要求日益強烈,水面無人艇作為維護海洋權益的重要工具之一,世界各國正在加緊研究。國內(nèi)關于水面無人艇的研究尚處于起步階段,與西方發(fā)達國家相比存在很大差距。本文結合國內(nèi)水面無人艇的研究現(xiàn)狀,對水面無人艇試驗平臺進行研究,該平臺可以模擬水面無人艇在海上的運動,為研究水面無人艇的一些控制算法以及觀察水面無人艇的運動狀態(tài)提供一個方便的可視化平臺。 本文的研究目的是設計一個水面無人艇試驗平臺,研究工作主要有以下幾點：1.研究海洋環(huán)境干擾風、浪、流的模型,研究水面無人艇的數(shù)學模型,螺旋槳特性以及艇槳運動數(shù)學模型。2.研究水面無人艇的航向控制與航跡控制。其中航向控制采用PID控制。航跡控制首先介紹了滑模控制,然后利用反步法將控制器的設計過程分解為運動學回路和動力學回路兩個過程分別進行控制器設計；在運動學回路中,為實現(xiàn)無人艇位置跟蹤誤差的收斂,設計了無人艇的參考縱向速度和側移速度；在動力學回路中利用滑�？刂频姆椒ㄔO計實際控制輸入對參考速度的跟蹤控制,最后用Simulink進行模型仿真。3.用V-realm Builder2.0可視化工具構造一個水面無人艇的虛擬現(xiàn)實世界并利用Simulink虛擬現(xiàn)實工具箱將水面無人艇的仿真與虛擬現(xiàn)實世界相連,使無人艇能夠在虛擬世界中按照研究人員的意志自由移動。4.進行實物仿真,將Simulink仿真的結果通過串口傳送給PLC,由PLC控制轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn),來模擬無人艇的航向控制。5.用MATLAB/GUI技術編寫無人艇數(shù)學模型的計算界而,試驗平臺的主控制界面；整合所有功能,方便研究人員操作。
【關鍵詞】：水面無人艇 虛擬現(xiàn)實 滑模控制 試驗平臺 GUI
【學位授予單位】：大連海事大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：U674.91
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 緒論9-13
• 1.1 課題背景和研究意義9
• 1.2 國內(nèi)外水面無人艇的研究現(xiàn)狀9-12
• 1.3 本文主要工作12-13
• 第2章 水面無人艇數(shù)學建模13-33
• 2.1 海洋環(huán)境建模13-18
• 2.1.1 風的模型13-16
• 2.1.2 海浪模型16-18
• 2.1.3 海流模型18
• 2.2 螺旋槳特性18-27
• 2.2.1 螺旋槳的重要參數(shù)18-19
• 2.2.2 敞水螺旋槳的推力和轉(zhuǎn)矩19
• 2.2.3 螺旋槳工作特性曲線19-21
• 2.2.4 螺旋槳與水面無人艇的相互作用21-24
• 2.2.5 螺旋槳轉(zhuǎn)矩特性24-27
• 2.3 水而無人艇阻力特性27-28
• 2.4 水面無人艇控制系統(tǒng)數(shù)學模型28-33
• 2.4.1 坐標系與運動學變量28-30
• 2.4.2 水面無人艇操縱運動方程的建立30-31
• 2.4.3 水面無人艇航向控制模型的建立31-33
• 第3章 水面無人艇航向控制33-48
• 3.1 艇槳運動模型33-40
• 3.1.1 螺旋槳四象限工作特性曲線33-34
• 3.1.2 螺旋槳特性曲線擬合34-38
• 3.1.3 推力系數(shù)和轉(zhuǎn)矩系數(shù)的修正38
• 3.1.4 艇槳數(shù)學模型38-40
• 3.2 水面無人艇PID航向控制40-48
• 3.2.1 Nomoto模型計算41-43
• 3.2.2 PID控制原理43-45
• 3.2.3 PID航向控制仿真45-48
• 第4章 水面無人艇航跡控制48-59
• 4.1 航跡控制方式48-49
• 4.2 滑模變結構控制49-59
• 4.2.1 滑動模態(tài)的定義及數(shù)學描述50-51
• 4.2.2 滑模變結構控制的定義51-52
• 4.2.3 滑�？刂破髟O計52-53
• 4.2.4 運動學回路控制器設計53-54
• 4.2.5 縱向推力滑�？刂坡稍O計54-55
• 4.2.6 轉(zhuǎn)向力矩滑模控制律設計55-56
• 4.2.7 航向穩(wěn)定性分析56
• 4.2.8 仿真結果56-59
• 第5章 無人艇試驗平臺軟件開發(fā)59-69
• 5.1 MATLAB GUI簡介59-61
• 5.2 仿真平臺開發(fā)61
• 5.3 主控制界面61-63
• 5.4 模型計算界面63-64
• 5.5 水面無人艇虛擬現(xiàn)實64-68
• 5.6 實物仿真68-69
• 結論69-70
• 參考文獻70-73
• 致謝73

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 陶永華;新型 PID 控制及其應用──第一講　PID 控制原理和自整定策略[J];工業(yè)儀表與自動化裝置;1997年04期

2 李殿璞;基于螺旋槳特性四象限Chebyshev擬合式的深潛艇正倒航變速推進模型[J];哈爾濱工程大學學報;2002年01期

3 董李燕;劉藝蕾;王曉峰;;基于人臉局部特征和SVM的表情識別[J];合肥學院學報(自然科學版);2009年01期

4 陳瑞峰;左曙光;郭偉;;基于MATLAB GUI的信號分析系統(tǒng)[J];佳木斯大學學報(自然科學版);2009年05期

5 海天;;未來海戰(zhàn)的殺手锏——新概念武器之無人水面艇[J];艦載武器;2006年03期

6 胡新艷;霍文曉;李愛濤;;MATLAB在《信號與系統(tǒng)》課程教學中的應用[J];科技信息;2009年27期

7 郭晨;汪洋;孫富春;沈智鵬;;欠驅(qū)動水面船舶運動控制研究綜述[J];控制與決策;2009年03期

8 程婷婷;羅均;唐智杰;謝少榮;丁衛(wèi);;二階波浪力的仿真計算[J];機電工程;2010年12期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張松濤;模糊多模型船舶運動控制系統(tǒng)的研究[D];大連海事大學;2006年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張雅妮;基于粒子群算法模糊控制自動舵的研究與仿真[D];哈爾濱工程大學;2010年

2 楊學斌;無人艇體系結構研究[D];大連海事大學;2011年

3 張仁彥;船舶運動半物理仿真系統(tǒng)[D];哈爾濱工程大學;2003年

4 楊曉麗;吊艙式電力推進系統(tǒng)的動態(tài)仿真的研究[D];上海海事大學;2004年

5 劉洪濤;船舶電力推進系統(tǒng)中負載仿真裝置的研究[D];大連海事大學;2005年

6 高閩娟;船舶電力推進裝置仿真研究[D];上海海事大學;2006年

7 孫洪波;螺旋槳逆轉(zhuǎn)工況下船舶運動建模與仿真[D];大連海事大學;2007年

8 姚云熙;水面無人艇在風浪流干擾下的運動仿真[D];哈爾濱工程大學;2007年

9 劉曉龍;開關磁阻電機推進系統(tǒng)模擬螺旋槳負載裝置的研究[D];哈爾濱工程大學;2007年

10 趙峰;實際海浪環(huán)境下船模運動性能物理仿真試驗研究[D];哈爾濱工程大學;2008年

  本文關鍵詞：水面無人艇試驗平臺設計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：340275