本文關(guān)鍵詞：水上環(huán)境監(jiān)測(cè)中的移動(dòng)平臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著海上石油運(yùn)輸業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大和石油勘測(cè)設(shè)備的老化,海上溢油污染的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)越來(lái)越高。實(shí)施對(duì)海上溢油的監(jiān)測(cè)、識(shí)別、報(bào)警、處理等成為世界各沿海國(guó)家十分重視的研究課題。海上溢油監(jiān)測(cè)一般采用固定監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。本課題主要針對(duì)水面移動(dòng)監(jiān)測(cè)中監(jiān)測(cè)設(shè)備的搭載移動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行研究。主要工作涉及：硬件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)模型分析和控制算法設(shè)計(jì)。本文對(duì)移動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行了理論分析：基于剛體動(dòng)力學(xué)建立了移動(dòng)平臺(tái)的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)泰勒展開(kāi)保留一階小量等方法得到移動(dòng)平臺(tái)的線性化數(shù)學(xué)模型；并設(shè)計(jì)滑�？刂破鲗�(shí)現(xiàn)移動(dòng)平臺(tái)的路徑跟蹤控制；設(shè)計(jì)模糊控制器實(shí)現(xiàn)避碰控制。本課題選用船型搭載平臺(tái),并根據(jù)應(yīng)用需求設(shè)計(jì)硬件控制系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)主要包括：運(yùn)動(dòng)控制模塊實(shí)現(xiàn)船體主驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制和舵機(jī)控制；運(yùn)動(dòng)參數(shù)檢測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)舵角、電機(jī)轉(zhuǎn)速、船體姿態(tài)的數(shù)據(jù)采集控制；無(wú)線通信模塊實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)以及控制信號(hào)的傳輸；避碰模塊實(shí)現(xiàn)超聲波對(duì)移動(dòng)平臺(tái)前方障礙物距離的檢測(cè),并通過(guò)改變舵角,實(shí)現(xiàn)避碰功能；顯示模塊實(shí)現(xiàn)在線數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示；GPS定位模塊實(shí)現(xiàn)移動(dòng)平臺(tái)的位置信息測(cè)量。設(shè)計(jì)遙控器切換功能的PCB電路板,實(shí)現(xiàn)遙控器控制與主控制器控制的切換,增加移動(dòng)平臺(tái)系統(tǒng)的安全性�？刂葡到y(tǒng)的控制器核心采用STM32F103,實(shí)現(xiàn)了對(duì)以上各功能模塊協(xié)調(diào)統(tǒng)一控制。本文在應(yīng)用需求分析的基礎(chǔ)上,從整體上設(shè)計(jì)了硬件控制系統(tǒng),并完成了電路的設(shè)計(jì)及PCB制作,編程實(shí)現(xiàn)了各模塊的功能,滿足了水上移動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)的應(yīng)用需求。利用MATLAB及Simulink對(duì)上述算法進(jìn)行仿真,驗(yàn)證了相應(yīng)控制器算法的正確性與有效性。以上工作為今后進(jìn)一步深入研究水上移動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)奠定了硬件和理論基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：水上環(huán)境檢測(cè) 移動(dòng)平臺(tái) 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 路徑跟蹤控制 避碰控制
【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)】：TP273
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 研究背景及意義10-12
• 1.2 研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 應(yīng)用現(xiàn)狀12-15
• 1.2.2 相關(guān)理論研究現(xiàn)狀15
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容15-17
• 第2章 系統(tǒng)建模17-23
• 2.1 移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)學(xué)描述17-19
• 2.2 移動(dòng)平臺(tái)三自由度線性模型19-22
• 2.3 本章小結(jié)22-23
• 第3章 控制器設(shè)計(jì)23-37
• 3.1 移動(dòng)平臺(tái)路徑跟蹤控制器設(shè)計(jì)23-26
• 3.2 移動(dòng)平臺(tái)避碰控制器設(shè)計(jì)26-32
• 3.3 仿真及結(jié)果分析32-36
• 3.3.1 路徑跟蹤算法MATLAB仿真及結(jié)果分析32-34
• 3.3.2 模糊避碰算法MATLAB仿真及結(jié)果分析34-36
• 3.4 本章小結(jié)36-37
• 第4章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)37-59
• 4.1 水上移動(dòng)平臺(tái)應(yīng)用需求及總體方案設(shè)計(jì)37-39
• 4.2 器件選型39-42
• 4.3 傳感器接口設(shè)計(jì)42-50
• 4.3.1 超聲波傳感器接口設(shè)計(jì)42-44
• 4.3.2 GPS接口設(shè)計(jì)44-46
• 4.3.3 無(wú)線通信接口設(shè)計(jì)46-49
• 4.3.4 姿態(tài)傳感器接口設(shè)計(jì)49-50
• 4.4 姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)處理50-56
• 4.4.1 姿態(tài)信息采集與數(shù)據(jù)預(yù)處理50-53
• 4.4.2 姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)融合53
• 4.4.3 互補(bǔ)濾波算法應(yīng)用53-55
• 4.4.4 濾波結(jié)果分析55-56
• 4.5 遙控器切換電路設(shè)計(jì)56-58
• 4.6 本章小結(jié)58-59
• 第5章 移動(dòng)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)59-66
• 5.1 模型參數(shù)辨識(shí)59-61
• 5.2 驅(qū)動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)61-62
• 5.3 移動(dòng)平臺(tái)水上實(shí)驗(yàn)62-65
• 5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論65-66
• 第6章 總結(jié)與展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-69
• 攻讀學(xué)位期間公開(kāi)發(fā)表論文69-70
• 致謝70

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