无人艇控制系统设计

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1、学校代码：10289分类号：密级：公开学号：139030026江苏科技大学硕士学位论文无人艇控制系统设计研究生姓名徐建华导师姓名杨奕飞申请学位类别工程硕士学位授予单位江苏科技大学学科专业控制工程论文提交日期2015年12月30日研究方向船舶综合控制技术论文答辩日期2016年6月8日答辩委员会主席评阅人2016年6月6日摘要摘要无人艇作为一种海洋无人化平台，可以代替人类在海洋中执行各种科研与工程任务，所以无人艇不管在民用还是军事领域都有着极其广泛的应用前景。对于无人化设备而言，控制系统是它的核心部分，并且无人艇还需要在变

2、化多端的海洋中实现自主航行，这就对无人艇控制系统提出了较高的设计要求。本文以我校建造的无人小目标试验艇为对象，进行了无人艇控制系统设计。无人艇控制系统由艇载控制系统、岸站监控系统和无线通信网络构成。论文首先研究并设计了控制系统的总体架构、网络拓扑结构和通信协议，确定了控制系统各模块的功能，然后分别对艇载控制系统和岸站监控系统进行了详细设计，开发了相应的控制和通信模块软件，通过功能模块调试和系统集成，最终实现了无人艇无线自主控制。论文主要工作包括以下几个方面：1）研究并设计了控制系统总体构架、网络拓扑结构及通信协议。对控

3、制系统中涉及到的串口、NMEA0183、TCP/IP、Modbus等通讯协议进行了详细研究，采用面向对象的方法封装并使用了串口类和Modbus类。2）基于多线程技术设计了艇载控制系统软件，解决了线程同步和线程间通信问题。完成了艇载控制系统中姿态、GPS、声纳等功能模块数据采集设计。3）设计了监控软件界面操控和手柄操控两种无线控制方案。设计了一种基于手动设定巡航点的自动巡航控制。利用Matlab工具，在传统PID控制算法的基础上加入了模糊控制理论进行了无人艇的航向控制仿真，得到了较好的仿真效果。4）基于VC6.0(Vis

4、ualC++6.0)设计了无人艇岸站监控系统软件，该软件可以实时采集和显示无人艇位置、姿态、视频、电池管理状态等信息，对无人艇进行远程操控，也可按事先设定好的巡航点自动巡航。5）完成了对无人艇控制系统的模块调试和系统集成测试，利用调试工具对软件进行了调试，试航前对以太网网络系统及无线通信部分进行了通信距离和通信速率组网等测试。关键词无人艇；岸站监控系统；艇载控制系统；网络系统；多线程IAbstractAbstractUSV,asaMarineunmannedplatform,canperformavarietyofsc

5、ientificresearchandengineeringtasksinsteadofhumanintheocean,soUSVhasextremelyextensiveapplicationprospectbothincivilandmilitaryfield.Foranunmanneddevice,thecontrolsystemisthecorepartofit.USVneedstoimplementautonomousnavigationintheoceanwhichisinvariouschange,and

6、itputsforwardhigherrequirementsinthedesignofUSVcontrolsystem.Inthispaper,Idesignedthecontrolsystemforasmall-targetUSVbuiltinourschool.TheUSVcontrolsystemiscomposedofseabornecontrolsystem,shore-basedmonitorsystemandwirelesscommunicationnetwork.Firstly,Istudiedand

7、designedtheoverallstructureofthecontrolsystem,networktopologyandcommunicationprotocolinthispaper.Anddeterminethefunctionofdifferentmodulesinthecontrolsystem.Thenmadeadetaileddesignontheseabornecontrolsystemandshore-basedmonitorsystem,anddevelopedthecorresponding

8、controlandcommunicationsoftwre.Finally,theUSVrealizestheunmannedautonomouscontrolbydebuggingthefunctionmodulesandsystemintegration.Thepapermainlyincludesthefollowinga