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基于神经网络控制的嵌入式水鸟控制系统设计

作　者: 史斌杰
导　师: 张维竞
学　校: 上海交通大学
专　业: 轮机工程
关键词: 海洋油气地震勘探技术拖缆系统嵌入式水鸟人工神经元姿态控制
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

近年来,海洋资源特别是油气资源的开发利用越来越引起各国的高度关注,海洋油气已经成为世界石油生产增长的主要来源。海洋油气资源开发的前提是对海洋油气资源进行准确的勘探。海洋地震勘探技术是目前海洋油气资源勘探的主要技术,而海洋地震勘探拖缆系统是实现海洋地震勘探的关键所在。海上拖缆定位装置(水鸟)是海洋地震勘探拖缆系统的重要组成部分。本文依托国家863计划资助项目和国家自然科学基金资助项目对水鸟控制系统进行研发与设计。根据假设的边界条件,对水鸟进行了受力分析,从而确定了水鸟运动方程,并且绘制了控制系统原理图,建立了基于人工神经元PID调节器的控制模型。同时利用Simulink软件建立了基于人工神经元PID调节器与基于传统PID控制方式的仿真程序,对在深度方向上受到干扰的情况下,水鸟的深度位置变化情况进行仿真。将仿真结果与运用传统PID控制情况的仿真结果进行比较,可以发现运用了人工神经元PID调节器后,控制效果得到改进。根据上述的研究,本文进行了水鸟控制器软硬件设计。首先根据所要实现的控制功能选择合适单片机等元器件,并且绘制系统原理图;其次运用PROTEL软件制作PCB文件,选择合适的封装、进行布局布线,并进行委托加工;最后运用C51编写以太网通讯、串口通讯、电机驱动和基于人工神经元PID调节器的控制程序,完成水鸟控制系统的软硬件设计。所设计的水鸟控制器要求能够根据以太网通讯接受到的上位机发出的深度控制指令和串口通讯接受到的水鸟实际水深信号,控制电机转角,从技术上实现水鸟稳定在给定的深度位置。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-15
  1.1 课题研究背景  9-10
  1.2 海上地震勘探系统概述  10-13
  1.3 本文研究的主要意义和目的  13
  1.4 本文研究的主要内容  13-15
第二章海上拖缆定位装置  15-22
  2.1 海上拖缆定位装置简介  15
  2.2 海上拖缆定位装置分类  15-18
    2.2.1 按照连接方式分类  15-17
    2.2.2 按照功能分类  17-18
  2.3 海上拖缆定位装置设计  18-22
第三章神经网络控制原理  22-37
  3.1 神经网络简介  22-31
    3.1.1 神经网络基本概念  22-23
    3.1.2 神经网络发展历程  23
    3.1.3 神经网络模型  23-29
    3.1.4 神经网络学习算法  29-31
  3.2 神经网络控制分类  31-35
  3.3 神经网络控制特点  35-37
第四章水鸟控制系统建模与仿真  37-50
  4.1 水鸟控制系统建模  37-40
    4.1.1 人工神经元PID 调节器  37-38
    4.1.2 建立水鸟运动模型  38-39
    4.1.3 建立水鸟控制系统模型  39-40
  4.2 水鸟控制系统仿真  40-50
    4.2.1 仿真程序  40-42
    4.2.2 仿真结果  42-45
    4.2.3 分析与对比  45-50
第五章水鸟控制器设计  50-74
  5.1 水鸟控制器硬件设计  50-65
    5.1.1 原理设计  50-59
    5.1.2 加工制作  59-65
  5.2 水鸟控制器软件设计  65-74
    5.2.1 串口通讯程序  66-67
    5.2.2 以太网通讯程序  67-70
    5.2.3 电机驱动程序  70-72
    5.2.4 控制程序  72-74
第六章结论与展望  74-76
  6.1 结论  74-75
  6.2 展望  75-76
参考文献  76-80
致谢  80-81
攻读硕士学位期间发表论文  81-83

基于神经网络控制的嵌入式水鸟控制系统设计

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