本文關(guān)鍵詞：基于ROS的無人水面艇運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：無人水面艇是指運(yùn)用遙控系統(tǒng)或依靠自主方式在水面航行的無人化、智能化作戰(zhàn)平臺(tái),具有智能、高速、隱身等優(yōu)點(diǎn),被越來越多的應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域。為了更好地完善海上作戰(zhàn)體系,無人水面艇在某些危險(xiǎn)領(lǐng)域正逐步成為有人平臺(tái)的替代和補(bǔ)充。無人水面艇具有很高的自主性和巨大的市場(chǎng)潛力,而且特別適合作為執(zhí)行軍事任務(wù)、救援設(shè)施、信息收集的平臺(tái)。本文在綜合當(dāng)前無人水面艇所用關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上,開展了無人水面艇運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。首先,在無人水面艇功能架構(gòu)的基礎(chǔ)上對(duì)無人水面艇總體方案進(jìn)行設(shè)計(jì),接著進(jìn)行了控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì),其硬件包括執(zhí)行單元(主要是噴水泵、柴油機(jī))、導(dǎo)航定位單元(主要依靠GPS、慣性導(dǎo)航、數(shù)字羅盤、多普勒計(jì)速儀等模塊來實(shí)現(xiàn))、主控單元(基于PC104工業(yè)計(jì)算機(jī)總線標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu))、信息采集單元(主要指CMOS攝像頭、各傳感器)等。其次,在無人水面艇PMI2主板上安裝了基于Linux的Ubuntu平臺(tái),其上層軟件架構(gòu)采用ROS操作系統(tǒng),該系統(tǒng)具有分布式工作的特點(diǎn)。通過ROS提供的消息傳遞機(jī)制完成軟件模塊的集成,并對(duì)遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)的軟件部分進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)。成功實(shí)現(xiàn)了基于無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收、無人艇航行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制、提供導(dǎo)航信息等功能。最后,針對(duì)本文所研究的無人水面艇模型從運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩個(gè)方面分析了無人水面艇的力學(xué)特性,并整理出運(yùn)動(dòng)方程。由于無人水面艇運(yùn)動(dòng)時(shí)慣性很大,可以將數(shù)學(xué)模型進(jìn)行簡化,使用Nomoto模型作為無人水面艇航向控制器的數(shù)學(xué)模型;由于本文使用噴水推進(jìn)裝置,根據(jù)這一特點(diǎn),建立了無人水面艇航速數(shù)學(xué)模型;然后根據(jù)這些數(shù)學(xué)模型,結(jié)合實(shí)際對(duì)運(yùn)動(dòng)控制的研究,采用傳統(tǒng)PID和模糊PID兩種控制器設(shè)計(jì)無人水面艇航速和航向的控制律,通過Matlab對(duì)控制律進(jìn)行仿真,還對(duì)其仿真結(jié)果進(jìn)行分析和比較,分析結(jié)果表明模糊PID控制比傳統(tǒng)PID控制更具優(yōu)越性。
【關(guān)鍵詞】：無人水面艇 PC104 ROS操作系統(tǒng) Nomoto模型 Matlab仿真
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U674.70
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-19
• 1.1 課題研究的背景和意義13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)13-17
• 1.2.1 美國無人艇的研究進(jìn)展14-15
• 1.2.2 以色列無人艇的研究進(jìn)展15-16
• 1.2.3 我國目前的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 課題主要研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)17-19
• 第2章 無人艇總體平臺(tái)介紹19-27
• 2.1 無人艇總體功能方案19-20
• 2.2 無人艇艇體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)20-22
• 2.3 無人艇控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)22-24
• 2.3.1 無人艇運(yùn)動(dòng)控制體系結(jié)構(gòu)22-23
• 2.3.2 無人艇通訊體系結(jié)構(gòu)23-24
• 2.4 無人艇各功能單元設(shè)計(jì)方案24-26
• 2.4.1 推進(jìn)系統(tǒng)與執(zhí)行單元24
• 2.4.2 導(dǎo)航定位單元24-25
• 2.4.3 主控計(jì)算機(jī)單元25
• 2.4.4 數(shù)據(jù)采集單元25-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 第3章 無人艇運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)27-37
• 3.1 無人艇的推進(jìn)系統(tǒng)與執(zhí)行單元27-28
• 3.2 無人艇導(dǎo)航定位單元28-32
• 3.3 無人艇主控計(jì)算機(jī)單元32-34
• 3.4 視覺反饋單元34-36
• 3.5 本章小結(jié)36-37
• 第4章 無人艇運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)軟件架構(gòu)37-53
• 4.1 ROS的基本概念和主要特點(diǎn)37-39
• 4.2 基于ROS的無人艇軟件系統(tǒng)39-41
• 4.2.1 運(yùn)動(dòng)控制軟件系統(tǒng)39-41
• 4.3 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)41-52
• 4.3.1 串口操作41-42
• 4.3.2 GPS接收節(jié)點(diǎn)42-46
• 4.3.3 圖像數(shù)據(jù)采集與傳輸節(jié)點(diǎn)46-50
• 4.3.4 遠(yuǎn)程控制及信息交互節(jié)點(diǎn)50-52
• 4.4 本章小結(jié)52-53
• 第5章 無人艇數(shù)學(xué)模型的研究及其仿真53-67
• 5.1 無人艇運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的選擇53
• 5.2 無人艇空間坐標(biāo)系53-55
• 5.2.1 坐標(biāo)系的建立及坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換53-54
• 5.2.2 坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換54-55
• 5.3 噴水推進(jìn)無人艇航向控制的數(shù)學(xué)模型55-58
• 5.4 噴水推進(jìn)無人艇航速控制的數(shù)學(xué)模型58-59
• 5.4.1 噴水推進(jìn)力58
• 5.4.2 無人艇阻力特性58-59
• 5.4.3 無人艇航速的數(shù)學(xué)模型59
• 5.5 仿真技術(shù)59-60
• 5.5.1 傳統(tǒng)PID控制技術(shù)59-60
• 5.5.2 模糊PID控制技術(shù)60
• 5.6 無人艇航向控制器設(shè)計(jì)60-65
• 5.6.1 Nomoto模型計(jì)算60-62
• 5.6.2 無人艇航向PID控制器設(shè)計(jì)62-65
• 5.7 無人艇航速控制器設(shè)計(jì)65-66
• 5.8 本章小結(jié)66-67
• 總結(jié)與展望67-69
• 參考文獻(xiàn)69-73
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文及參加的科研項(xiàng)目73-74
• 致謝74

【參考文獻(xiàn)】

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1 甘永;水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2007年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李燦;智能移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航策略研究與實(shí)現(xiàn)[D];浙江工業(yè)大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：基于ROS的無人水面艇運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：383754