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基于ARM的自动舵研究与设计

作　者: 封浩
导　师: 俞立
学　校: 浙江工业大学
专　业: 控制工程
关键词: 自动操舵仪野本模型嵌入式系统非线性PID控制
分类号: U666.153
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 59次
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内容摘要

自动操舵仪是一个非常重要的船舶控制设备,直接关系到船舶航行的安全性和经济性。随着航运交通密度不断加大,以及船舶逐渐向大型化和高速化发展,对船舶控制系统的要求越来越高。而我国市场上的自动舵产品基本以欧美等发达国家的产品为主。因此,研制具有自主知识产权的、较高性价比的自动舵产品,对提升我国在该领域的技术水平,具有重要意义。本文在查阅了国内外相关文献的基础上,对船舶运动控制系统进行了详细研究,依据船舶运动的野本模型,设计数字式自动操舵仪。本文的主要研究内容和取得成果如下:1、介绍了国内外船舶自动操舵仪的发展状况和几种典型的自动舵产品。2、分析了船舶运动的数学模型,风、浪、流等干扰情况,以及船舶运动控制原理;介绍了野本模型的推导过程,为后续的设计提供理论依据。3、基于ARM嵌入式系统的硬件架构,采用模块化设计方法,设计了数字式船舶自动操舵仪。系统具有多种工作模式,多种导航设备接口,既可以实现航向控制,也可以实现航迹控制。4、航向控制采用非线性PID控制器,在传统PID控制的基础上构建一个非线性项,有效改善了传统PID控制在干扰情况下的频繁动舵问题。5、最后对本文进行了总结,并提出了一些有待进一步研究的问题。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章绪论  9-22
  1.1 课题研究的背景及意义  9-10
  1.2 国内外自动舵研究现状和发展趋势  10-21
    1.2.1 自动舵发展状况概述  11-12
    1.2.2 国内发展状况  12-14
    1.2.3 国外发展状况  14-17
    1.2.4 船舶操纵控制技术的发展  17-21
  1.3 本文的主要研究内容  21-22
第2章船舶运动模型  22-38
  2.1 船舶操纵运动的数学模型  22-30
    2.1.1 船舶运动的坐标系  22-23
    2.1.2 基本运动方程  23-26
    2.1.3 作用于船舶的水动力和力矩  26-27
    2.1.4 船舶操纵运动的线性化微分方程  27-28
    2.1.5 船舶运动K-T方程  28-30
  2.2 船舶运动的干扰  30-34
    2.2.1 海浪  30-32
    2.2.2 海风  32-33
    2.2.3 海流  33-34
  2.3 执行机构及其特性特性  34-37
    2.3.1 舵力及舵力转船力矩  34-35
    2.3.2 舵的水动力特性  35-36
    2.3.3 舵机特性模型  36-37
  2.4 本章小结  37-38
第3章数字式自动舵的硬件设计  38-54
  3.1 系统概述  38
  3.2 系统的硬件实现  38-51
    3.2.1 控制器单元  39-40
    3.2.2 导航系统及其接口单元  40-45
    3.2.3 模式转换单元  45-46
    3.2.4 人机界面单元  46-47
    3.2.5 参数调节单元  47-48
    3.2.6 随动/遥控单元  48
    3.2.7 供电单元  48
    3.2.8 操舵控制单元  48
    3.2.9 信息通讯单元  48-49
    3.2.10 报警及指示单元  49-50
    3.2.11 舵角反馈单元  50-51
  3.3 组合导航  51-53
    3.3.1 组合导航的背景  51-52
    3.3.2 组合导航中的卡尔曼滤波  52-53
  3.4 本章小结  53-54
第4章系统软件与控制方案设计  54-63
  4.1 系统的软件设计  54-56
  4.2 系统的控制方案  56-61
  4.3 本章小结  61-63
第5章总结与展望  63-65
  5.1 总结  63
  5.2 展望  63-65
参考文献  65-68
附录  68-69
致谢  69-70
攻读学位期间参加的科研项目和成果  70

基于ARM的自动舵研究与设计

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