浮体艏向调整系统的设计与实现

论文摘要

由于风力、海流等引起海上浮体漂移、旋转,使得浮体所搭载设备的指向偏移过大,造成设备不能正常工作。本课题旨在设计和实现一套浮体艏向调整系统。使浮体在单点系锚的情况下具有遥控操作和自动艏向保持的功能,从而保证其搭载设备稳定工作。根据浮体的工作环境,选择舷外机作为定向系统的侧推装置。并设计了一个转向机构,使舷外机能够在水平面180度范围内产生推力,控制浮体的运动,从而使舷外机具有类似Z型推进器的功能。艏向调整系统采用分层结构,分为定向侧推子系统和遥测遥控子系统两个部分。前者位于浮体之上,以定向侧推控制器为核心,实现侧推器的水平转向、油门调节和档位选择等动作以及船载设备工作状态的实时记录和数据传输。后者以多机数据通信装置为核心,依靠数传电台或北斗用户机,负责路基指控中心与船载设备的无线通信并实现自动艏向控制逻辑。系统实现了手动控制和自动控制两种工作模式,手动模式下由上位计算机的人机界面发出控制指令,经过遥测遥控系统的解码分析,进一步下发给定向侧推控制器,执行指令规定的动作和反馈系统的状态信息。自动模式下由船载多机通信装置根据采集的艏向以及舷外机状态,与上位计算机设定的艏向进行比较得出偏差及偏差变化率,根据设计的模糊控制算法,查表输出相应的控制量给定向侧推控制器,控制浮体的运动。采用查表法设计了浮体艏向保持的模糊控制器,以浮体艏向的偏差及偏差变化率作为输入,根据模型实验测得的数据,结合相关的控制经验设计系统的模糊控制规则,输出舷外机的油门控制信息,控制浮体的运动,实现浮体艏向自动保持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外动力定向系统研究现状
• 1.2.1 国外动力定向系统
• 1.2.2 国内动力定向系统
• 1.3 论文主要研究内容
• 第2章 系统总体设计
• 2.1 引言
• 2.2 设计目标及原则
• 2.2.1 系统设计目标
• 2.2.2 系统设计原则
• 2.3 系统总体架构
• 2.3.1 定向侧推分系统
• 2.3.2 遥测遥控分系统
• 2.4 机械结构设计
• 2.4.1 转向机构设计
• 2.4.2 线控机构设计
• 2.5 电磁兼容性及抗干扰措施
• 2.6 本章小结
• 第3章 定向侧推分系统设计
• 3.1 引言
• 3.2 系统工作原理
• 3.2.1 工作模式
• 3.2.2 工作流程
• 3.3 执行机构控制
• 3.3.1 机构初始化
• 3.3.2 舷外机转向控制
• 3.3.3 油门和档位控制
• 3.3.4 点火及风门控制
• 3.3.5 舷外机升降控制
• 3.4 系统数据采集
• 3.4.1 发动机转速检测
• 3.4.2 转向臂位置信号采集
• 3.4.3 电量和油量信号检测
• 3.4.4 舷外机升降信号采集
• 3.4.5 舷外机故障信号采集
• 3.4.6 浮体方位信息采集
• 3.5 数据实时记录
• 3.6 本章小结
• 第4章 遥测遥控分系统设计
• 4.1 引言
• 4.2 多通道数据通信
• 4.2.1 异步串行通信组件
• 4.2.2 串口扩展电路设计
• 4.2.3 串口扩展软件设计
• 4.3 系统通信协议
• 4.4 控制显示界面
• 4.5 数学分析与算法
• 4.5.1 运动数学分析
• 4.5.2 控制方法选择
• 4.6 自动艏向模糊控制器设计
• 4.6.1 模糊控制器的结构设计
• 4.6.2 模糊变量的论域及隶属函数
• 4.6.3 确定模糊控制规则
• 4.6.4 建立模糊控制查询表
• 4.6.5 模糊控制的结果
• 4.7 本章小结
• 第5章 系统安装与调试
• 5.1 引言
• 5.2 通信功能测试
• 5.2.1 数传电台通信测试
• 5.2.2 北斗用户机通信测试
• 5.3 执行机构调试
• 5.3.1 电源电压检测
• 5.3.2 脉冲输出与油门档位控制
• 5.3.3 编码器信号检测与转向控制
• 5.3.4 模拟量输入与升降控制
• 5.4 系统联合调试
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录