船舶操控模型的研制

论文摘要

随着科技的不断发展,船舶航向控制领域出现了很多先进的控制算法。为了将这些先进控制算法真正应用于现实生活中,大家都在努力研究验证这些控制算法的平台。本文正是基于这样的目的进行船舶操控模型的制作。整个系统由三大部分组成:装有各种设备的实船等比例缩小船舶模型、船舶模型控制板以及上位机(岸上主控PC机)。第一部分是系统的物理基础,由船舶模型控制板控制。控制板与主控PC机通过射频发射器进行通讯:主控PC机给控制板发送控制命令,由控制板解码后操纵船模的各种设备按要求动作,而控制板实时的反馈给主控PC机船模当前的状态,主控PC机通过分析船模的当前的状态信息,然后根据适当的控制算法得到相应的控制命令再发送给船模控制板,即可建立一个完整的闭环控制。论文主要分四个部分:一、对课题的研究背景进行简单的介绍。二、详细介绍了船舶的基本操控原理,内容包括舵效、船舶的推进与阻力,以及船舶的操作性等方面,为操控模型的制作打下必要的理论基础。三、模型控制板的硬件电路设计,然后按照控制芯片的不同,对AT89C52和AT89C2051控制部分分别进行介绍。并对其中涉及的数模转换电路、模数转换电路、RS485电平转换电路、RS232串口扩展电路、PWM信号产生电路以及电源与复位电路一一加以介绍。四、介绍了控制板软件部分的设计。软件部分依然按照第三部分的次序进行介绍,分别对硬件相对应的各部分软件实现过程进行说明。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究课题的背景
• 1.2 研究课题的提出
• 1.3 论文的结构
• 第2章 船舶操纵基本原理
• 2.1 舵压力与舵效
• 2.1.1 舵压力产生的原理
• 2.1.2 舵压力转船力矩
• 2.1.3 舵效
• 2.2 船舶阻力
• 2.3 船舶推进
• 2.4 船舶的操纵性
• 2.4.1 船舶的操纵性
• 2.4.2 船舶的操纵设备
• 第3章 船舶操控模型硬件设计
• 3.1 船舶操控模型的组成
• 3.1.1 电机与直流调速器简介
• 3.1.2 角阀控制器简介
• 3.1.3 云台及云台解码器简介
• 3.1.4 其他设备简介
• 3.1.5 船舶模型的能量供给
• 3.2 船舶操控模型的硬件电路设计
• 3.2.1 处理器AT89C52简介
• 3.2.2 角阀控制器接口电路
• 3.2.3 舵角反馈信号转换电路
• 3.2.4 射频发射器、航向传感器通信电路
• 3.2.5 云台控制电路
• 3.2.6 风扇控制电路
• 3.3 复位与电源电路
• 3.3.1 复位及程序监控电路
• 3.3.2 电源电路
• 第4章 操控模型的软件实现
• 4.1 AT89C52控制部分
• 4.1.1 程序流程图及系统初始化
• 4.1.2 角阀控制器反馈舵角信息
• 4.1.3 串行通信部分
• 4.2 AT89C2051控制部分
• 4.2.1 云台的控制
• 4.2.2 风扇的控制
• 第5章 系统的调试与结论
• 5.1 系统测试
• 5.2 结论
• 参考文献
• 附录 控制风扇、云台程序
• 致谢
• 研究生履历