基于TCP/IP的船舶运动控制硬件在环仿真系统的设计与实现

论文摘要

本文对基于TCP/IP协议的船舶运动控制硬件在环仿真系统进行了系统的研究。船舶运动控制是一个复杂的控制问题,随着自动控制理论和技术的发展,众多学者致力于将当前先进的控制理论应用到船舶运动控制领域。但是在实际船舶上验证这些先进的控制算法面临很多困难,鉴于这一矛盾,本文设计了一个基于TCP/IP的船舶运动控制硬件在环仿真系统,以便验证这些先进控制算法,加速先进控制理论在船舶运动控制领域中的应用。本文设计的仿真系统分为三个部分:船舶运动控制器,船舶运动仿真系统,远程控制与监测系统。论文分别对船舶运动控制器的硬件、软件设计,船舶运动仿真系统和远程控制与监测系统的软件设计以及系统通信中用到的协议,进行了详细的研究和讨论。船舶运动仿真系统提供船舶运动数学模型用于对象仿真,远程控制与监测系统基于以太网通信实现控制参数的设置和船舶运动状态的监测。船舶运动控制器以SST公司的8位微处理器SST89E516RD为核心,采用MAXIM公司生产的MAX232芯片设计了串行通信接口,实现与船舶运动仿真系统的数据交互,构成船舶运动闭环控制;采用台湾Realtek公司生产的10Mb/s以太网控制器RTL8019AS设计了以太网接口,用于和远程控制与监测系统进行数据交互。最后,作者对所设计的仿真系统进行了测试,根据船舶运动仿真系统所显示的船舶运动航迹以及远程控制与监测系统对舵角、航向的监测曲线判断,本文设计的仿真系统性能比较令人满意,能实现该系统的设计目的,为在实验室环境进行船舶运动控制算法和船舶运动控制器开发的研究提供了一个有效的测试平台。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出及意义
• 1.2 系统概述及论文结构
• 第2章 船舶运动控制器硬件设计
• 2.1 微控制器
• 2.2 数码显示
• 2.3 按键单元
• 2.4 外部存储器
• 2.5 RS232接口
• 2.6 以太网接口
• 2.6.1 RTL8019AS简介
• 2.6.2 RTL8019AS引脚功能
• 2.6.3 RTL8019AS寄存器介绍
• 2.6.4 RTL8019AS的工作方式选择
• 2.6.5 网络接口类型的选择
• 2.6.6 单片机的口地址与RTL8019AS的口地址之间的映射关系
• 第3章 TCP/IP协议的实现
• 3.1 TCP/IP结构
• 3.2 TCP/IP的分用与封装
• 3.2.1 TCP/IP的分用
• 3.2.2 TCP/IP的封装及各层协议的封装格式
• 3.3 各层协议的实现
• 3.3.1 ARP协议的实现
• 3.3.2 IP协议的实现
• 3.3.3 UDP协议的实现
• 3.3.4 TCP协议的实现
• 3.3.5 校验和算法的实现
• 第4章 系统软件设计与测试
• 4.1 下位机软件设计
• 4.1.1 主程序模块设计
• 4.1.2 串口通信模块设计
• 4.1.3 以太网通信模块设计
• 4.1.4 控制参数接收与船舶运动状态发送模块设计
• 4.1.5 LED模块设计
• 4.2 上位机软件设计
• 4.2.1 船舶运动仿真系统
• 4.2.2 远程控制与监测系统
• 4.3 系统测试
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历