VxWorks环境下的猎雷声纳基阵姿态稳定控制系统实现

论文摘要

猎雷声纳就是各国反水雷研究人员经过长期的探索而找到的一种有效的新的反水雷手段。它是利用安装在船底部声纳基阵腔内的声纳发射的声波,经目标反射后成像在显示屏上,从而确定水雷的存在及位置。猎雷声纳基阵姿态稳定系统是在猎雷艇航行并伴有纵摇、横摇与艏摇运动的情况下为声纳基阵提供稳定的姿态,并可根据需要转动基阵的方位角和俯仰角。它的精度将直接影响到对水雷的探测与识别的准确度。猎雷声纳基阵姿态稳定系统的工作环境非常恶劣,工作时,基阵受水动力干扰多,要提高系统的精度就必须要求很高的采样和处理速度,因此系统要求响应快,实时性很高。我们希望引入高速的嵌入式PC/104模块和实时性操作系统VxWorks来实现和管理系统,以提高系统的响应速度和实时性。 本文首先对整个系统的动态结构和所用的主要元器件及其传递函数进行分析,建立声纳基阵姿态稳定系统的数学模型。然后分析了系统的硬件结构,介绍了嵌入式的PC/104模块的组成、结构和本系统要用到的外围接口。重点完成了多极旋转变压器的R/D、A/D转换电路以及它们同PC/104总线的接口电路的设计和调试。 在完成硬件电路的设计基础上,利用VxWorks快速多任务切换、抢占式与时间片轮转相结合的任务调度方式、任务间通信手段多样化等特点,通过合理划分任务及其优先级,采用不同的任务间通信方式,完成了系统数据采集、处理、发送等应用程序的设计、编码和调试。 最后,用相对独立的软件包Zinc开发了猎雷声纳基阵稳定控制系统的图形用户界面,用于显示声纳基阵的位置、状态信号和来自平台罗经的舰船的导航角信息以及整个控制系统的状态信息。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源、背景及意义
• 1.2 PC/104器件
• 1.3 实时操作系统VxWorks
• 1.4 论文主要内容
• 第2章 声纳基阵姿态稳定系统建模及硬件结构
• 2.1 声纳基阵姿态稳定系统的动态模型
• 2.1.1 无刷直流力矩电机的动态模型
• 2.1.2 功率放大元件
• 2.1.3 系统中的测速发电机、测角装置
• 2.1.4 谐波减速器
• 2.1.5 声纳基阵姿态稳定系统的动态数学模型
• 2.2 声纳基阵姿态稳定系统硬件结构
• 2.2.1 多极旋转变压器采样电路
• 2.2.2 PC/104模块及其接口电路结构
• 2.2.3 R/D、A/D与PC/104总线接口电路设计
• 2.3 本章小结
• 第3章 嵌入式操作系统VxWorks
• 3.1 实时系统
• 3.2 嵌入式操作系统VxWorks及其开发环境Tornado
• 3.2.1 VxWorks的基本结构
• 3.2.2 开发环境Tornedo
• 3.2.3 VxWorks任务及调度
• 3.2.4 任务之间的通信机制
• 3.2.5 通信机制性能分析及选择
• 3.3 本章小结
• 第4章 声纳基阵姿态稳定系统的软件实现
• 4.1 系统坐标变换
• 4.1.1 坐标系定义
• 4.1.2 坐标系之间的关系
• 4.2 系统需求分析
• 4.3 系统设计
• 4.3.1 控制系统软件的结构
• 4.3.2 任务划分
• 4.3.3 任务间接口
• 4.4 详细设计
• 4.5 软件调试
• 4.5.1 建立调试环境
• 4.5.2 串口调试
• 4.6 本章小结
• 第5章 图形界面开发
• 5.1 Zinc简介
• 5.1.1 Zinc的对象
• 5.1.2 事件模型
• 5.1.3 Zinc的配置
• 5.1.4 Zinc Designer
• 5.2 Zinc在嵌入式中的应用
• 5.2.1 应用程序入口点
• 5.2.2 事件的取回-阻塞
• 5.2.3 Zafdisplay访问
• 5.2.4 多任务
• 5.3 界面设计及代码实现
• 5.3.1 displayWindow．hpp
• 5.3.2 displayWindow．cpp
• 5.3.3 ZafMain．cpp
• app．cpp'>5.3.4 v_app．cpp
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢