發(fā)布時間：2021-12-10 07:09

　　無人水面船是一種可以無人操作條件下自主運(yùn)動的水面航行器,當(dāng)前,無人船在軍事和民用領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用。船舶運(yùn)動控制一般包括航向保持、航跡跟蹤、導(dǎo)航規(guī)劃等內(nèi)容,為更好地實(shí)現(xiàn)對這種自主航行器的運(yùn)動控制以及自主航行或?qū)Ш讲呗?無人船運(yùn)動控制的研究成為了當(dāng)下船舶智能控制的一個熱點(diǎn)。本文研究對象為電力推進(jìn)的雙體雙槳小型無人水面船,推進(jìn)器由2個對稱設(shè)置于左右分船體的螺旋槳組成,船體通過在螺旋槳產(chǎn)生的推力不同的情況下產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)力矩轉(zhuǎn)變航向,具有良好的操縱性和機(jī)動性。該試驗船運(yùn)動控制系統(tǒng)主要組成部分包括:（1）中央處理單元（CPU）由支持片上系統(tǒng)的嵌入式ARM Cortex-M3 STM32F103芯片及其外圍器件組成;（2）MPU6050慣性測量傳感器作為船體運(yùn)動姿態(tài)與方位監(jiān)測模塊,為船體姿態(tài)監(jiān)測及運(yùn)動控制提供了原始數(shù)據(jù)來源;（3）電機(jī)調(diào)速模塊用PWM信號觸發(fā)由MOSFET開關(guān)管組成的H橋（H-Bridge）驅(qū)動電路進(jìn)行控制;（4）采用2.4G無線通信模塊與船載設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,通過上位機(jī)控制軟件對試驗船運(yùn)動姿態(tài)、定位、工作狀態(tài)實(shí)時監(jiān)測,根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)計算控制律并將控制指令、參數(shù)發(fā)送至船載端,對試... 

【文章來源】：長沙理工大學(xué)湖南省

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２－１雙體雙槳推進(jìn)小型無人水而船轉(zhuǎn)Ｎ�。怅U??

間運(yùn)動速度ｉＱ，＞〇，ｉ〇）和３個姿態(tài)角即艏搖角ｖ?（ｙａｗ?ａｎｇｌｅ）、橫傾角ｐ?（ｒｏｌｌｉｎｇ??ａｎｇｌｅ）、縱傾角＜９?（ｐｉｔｃｈｉｎｇ?ａｎｇｌｅ）或３個角速度ｙ＞，分，６來描述，ｙ／，?ｐ，＜９稱??為歐拉角（見圖２－２）。顯然［仏ｖ，ｗ］７和［ｉｆｌ，九，ｉ。］７■以及［／ｖ／，］７和［Ｖ＞（ｐ＾，４ｆ之間有確??定關(guān)系。??．Ａ＇??Ｖ??＇Ｚ?Ｕ－??圖２－２附體坐標(biāo)系和慣性坐標(biāo)系??圖２－２的坐標(biāo)系統(tǒng)定義如］＇：??（ａ）

?（即忽略高度、俯仰角、橫滾角的變化影響），而只討論前進(jìn)運(yùn)動、橫漂運(yùn)動及艏搖運(yùn)??動，這樣就將六自由度水動力方程簡化成一種只有３個自由度的平面運(yùn)動問題［２８］。圖２－３??給出圖２－２經(jīng)簡化后的小型ＵＳＶ平面運(yùn)動變量描述圖。??Ａｂ??ｊ?‘?個Ｎ??身??Ｏ?＾０??圖２－３小型ＵＳＶ平面運(yùn)動變量描述??在推導(dǎo)該船舶運(yùn)動方程時，作以下假設(shè)：（ａ）船體是一個剛體；（ｂ）船在水平面??上運(yùn)動，＋考慮橫搖、縱搖和起伏運(yùn)動；（ｃ）忽略慣性力和粘性流體動力的相互影響；??（ｄ）船舶重心（；和慣性水動力中心相重合；（ｅ）在既定航速行進(jìn)時，船速變化很��；??（ｆ）在操舵角不大的情況下，橫向速度遠(yuǎn)小于縱向速度。??根椐剛體質(zhì)心運(yùn)動的動量和動兒矩定理，船舶的運(yùn)動模型為：??ｍｘ０Ｇ?＝?Ｘ｛）??ｍｙ〇ａ?＝?Ｙ？?？?（２．１?）??＝?Ｎ?．??式屮，ｒｎ為船體成Ｍ，足。．、為船舶重心坐標(biāo)，為船體繞通過重心的鉛ｊｔ軸的質(zhì)??黽慣忱矩；作川��？船舶的外力合力在ｘ（）軸上的分量；ｙ（，為作川于船舶的外力合力??在少。軸ｋ的分量：．ｖ為作用于船舶的外力繞迎過遙心的鉛直軸的回轉(zhuǎn)力矩。??式（２．１）雖然形式上很簡單

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]無人水面艇航向跟蹤控制器的設(shè)計與驗證[J]. 范云生,李長飛,王國峰,郭晨,趙永生.  大連海事大學(xué)學(xué)報. 2017(01)
[2]時變漂角下USV直線路徑跟蹤控制器設(shè)計與驗證[J]. 范云生,郭晨,趙永生,王國峰,史微微.  儀器儀表學(xué)報. 2016(11)
[3]波浪干擾下固定雙槳無人水面艇的路徑跟蹤方法[J]. 鄭體強(qiáng),王建華,趙夢鎧,吳恭興.  計算機(jī)應(yīng)用研究. 2017(01)
[4]風(fēng)干擾下基于變船長比的無人水面艇路徑跟蹤方法[J]. 鄭體強(qiáng),王建華,趙夢鎧,吳恭興.  計算機(jī)測量與控制. 2016(03)
[5]一種無人水面艇運(yùn)動模型參數(shù)在線辨識方法[J]. 孫曉界,石林龍,范云生,王國峰.  中國航海. 2016(01)
[6]可回轉(zhuǎn)雙槳船舶的等效舵效模型[J]. 黃輝,褚建新,魏宏磊,高迪駒.  哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報. 2016(02)
[7]基于傳感器校正與融合的農(nóng)用小型無人機(jī)姿態(tài)估計算法[J]. 彭孝東,張鐵民,李繼宇,陳瑜.  自動化學(xué)報. 2015(04)
[8]USV發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J]. 柳晨光,初秀民,吳青,王桂沖.  中國造船. 2014(04)
[9]基于模糊PID的無人水面艇直線路徑跟蹤[J]. 楊釗,王建華,吳玉平.  計算機(jī)工程. 2014(10)
[10]基于模糊控制的無人水面艇直線路徑跟蹤方法[J]. 吳玉平,王建華,楊釗.  計算機(jī)測量與控制. 2014(05)

碩士論文
[1]基于9軸傳感器的姿態(tài)參考系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 鄭健.電子科技大學(xué) 2013



本文編號：3532131