本文關鍵詞：無人艇航向運動控制器的設計與實現(xiàn)

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【摘要】：水面無人艇作為一種智能化海上運動平臺被廣泛的應用在水道測量,海洋環(huán)境監(jiān)測和現(xiàn)代化軍事戰(zhàn)爭中。水面無人艇具有廣泛的應用前景,己成為國內外智能化海洋裝備的研究熱點。在復雜多變的海洋環(huán)境中,水面無人艇的自主航行尤其是航向跟蹤和航向保持性能是其運動控制的基礎問題。因此,設計一種能夠適應復雜海洋環(huán)境下的無人艇航向運動控制器,是無人艇運動控制研究的重要內容之一。本文以大連海事大學“藍信”號無人水面艇為研究對象,針對其航向運動控制的設計與實現(xiàn)進行研究,主要內容分為以下幾部分：首先,本文采用整體型建模思想,建立了響應型無人艇三自由度平面運動的線性化數(shù)學模型。在此基礎上,結合模糊控制算法與常規(guī)PID控制算法,設計了一種模糊自適應PID航向控制器,并給出了控制參數(shù)和模糊整定規(guī)則,從而實現(xiàn)了控制器參數(shù)的在線自整定。在風浪流干擾的情況下,分別進行了常規(guī)PID航向控制與模糊自適應PID航向控制的仿真。仿真結果表明,模糊PID控制算法相較常規(guī)PID控制算法具有更為良好的自適應性能。其次,從艇載多傳感器網(wǎng)絡中獲取了無人水面艇的運動信息數(shù)據(jù),利用基于卡爾曼濾波算法的數(shù)據(jù)融合技術,實現(xiàn)了在水面無人艇航行過程中準確而實時地獲取姿態(tài)信息。根據(jù)無人艇要實現(xiàn)的航向控制功能需求,設計并實現(xiàn)了基于嵌入式航向運動控制系統(tǒng)的軟硬件結構。最后,將設計的嵌入式航向運動控制器應用到“藍信”號水面無人艇的航向運動控制中。在大連星海灣跨海大橋外圍一帶海域,分別進行了PID和模糊PID航向控制性能對比的實船實驗。實驗結果表明,在實際海洋環(huán)境中,模糊自適應PID較PID控制從穩(wěn)態(tài)和動態(tài)上有更好的航向控制性能,控制精度更高、調節(jié)時間更短、魯棒性更好。
【關鍵詞】：水面無人艇 航向控制 模糊PID控制器 運動控制器
【學位授予單位】：大連海事大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U664.82
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 課題背景和研究意義10-11
• 1.2 船舶運動控制器的發(fā)展11-12
• 1.3 無人艇航向控制研究現(xiàn)狀12-13
• 1.4 論文結構13-15
• 第2章 水面無人艇操縱運動建模及航向控制仿真15-36
• 2.1 無人艇運動數(shù)學模型15-21
• 2.1.1 無人艇運動坐標系及運動自由度的簡化15-17
• 2.1.2 無人艇平面運動數(shù)學模型17-19
• 2.1.3 無人艇線性響應型數(shù)學模型19-21
• 2.2 船舶運動的干擾模型21-23
• 2.2.1 海風干擾21-22
• 2.2.2 海浪干擾22
• 2.2.3 海流干擾22-23
• 2.3 航向運動控制器的仿真23-35
• 2.3.1 PID控制原理23
• 2.3.2 模糊PID控制原理23-25
• 2.3.3 模糊PID控制器仿真設計25-30
• 2.3.4 航向控制仿真及結果分析30-35
• 2.4 本章小結35-36
• 第3章 艇載多傳感器信息的數(shù)據(jù)融合36-48
• 3.1 艇載傳感器及導航設備36-39
• 3.1.1 GY-86姿態(tài)傳感器36-37
• 3.1.2 GPS導航傳感器37-38
• 3.1.3 艇載設備網(wǎng)絡系統(tǒng)38-39
• 3.2 NMEA2000協(xié)議的解析39-41
• 3.3 姿態(tài)信息的獲取及數(shù)據(jù)融合41-47
• 3.3.1 基于卡爾曼濾波的姿態(tài)獲取41-44
• 3.3.2 基于數(shù)據(jù)融合的信息處理44-47
• 3.4 本章小結47-48
• 第4章 嵌入式運動控制器的設計48-62
• 4.1 航向控制系統(tǒng)結構與需求分析48-49
• 4.2 航向控制器的硬件系統(tǒng)設計49-56
• 4.2.1 微控制器50-51
• 4.2.2 供電電路設計51-52
• 4.2.3 舵機反饋模塊52
• 4.2.4 舵機控制模塊52-53
• 4.2.5 LCD顯示模塊53-54
• 4.2.6 報警模塊54-56
• 4.3 運動控制器軟件設計56-60
• 4.3.1 uC/OS-Ⅱ介紹56
• 4.3.2 程序的任務劃分56-57
• 4.3.3 通信和姿態(tài)獲取任務57-58
• 4.3.4 控制算法任務58-59
• 4.3.5 轉舵執(zhí)行任務59-60
• 4.4 艇載電腦航向控制平臺60-61
• 4.5 本章小結61-62
• 第5章 航向控制的實船實驗及數(shù)據(jù)分析62-68
• 5.1 模糊PID運動控制器的實現(xiàn)62-64
• 5.2 實船航向控制實驗及數(shù)據(jù)分析64-67
• 5.3 本章小結67-68
• 第6章 總結與展望68-70
• 6.1 總結68
• 6.2 存在的問題和改進68
• 6.3 展望68-70
• 參考文獻70-73
• 致謝73

【相似文獻】

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本文編號：740595