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双桨驱动水面无人艇运动控制系统研究与实现.docx
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上传时间: 2020-01-03
详细说明：当今时代，科技水平飞速发展，人们对设备的需求越来越向智能化、自主化、无人化的方向发展。无人艇作为一个水上机器人平台，具有智能程度高，隐身性强，机动性高等特点。无人艇运动控制是国内外学者们研究的热点。无人艇的运动控制是无人艇完成复杂任务的前提，更是无人艇研究中的重中之重。
本文以一双桨驱动水面无人艇为被控对象，自主研发了双桨驱动水面无人艇运动控制系统，该系统的整体架构由控制手柄、上位机软件和艇载控制中心构成。控制手柄具有改变无人艇工作模式，性能参数的功能；上位机软件的控制界面能够看到无人艇当前的工作状态、位置、环境、运动参数等信息；艇载控制中心能够实现无人艇远程遥控、自主巡航等功能。
在通讯方面无人艇通过多种通信方式，包括数传电台，4G通信等，确保了无人艇运动控制系统通讯的可靠性和稳定性，能够有效解决传统无人艇受制于通信距离的问题，并且搭载了差分GPS(Global Positioning System)保证了经纬度信息的准确性，搭载了航姿传感器、毫米波雷达等高精度传感器，实现了对无人艇工作状态的实时检测。
双桨驱动水面无人艇的运动控制系统以DSP28335(Digital Signal Processing)为主控核心，以ccs6.0(Code Composer Studio)作为软件开发平台，基于C语言实现对传感器数据的接收和发送，实现传统PID控制算法和航向、转向角速度双环PID控制算法的编写，并对该系统的软、硬件架构、控制流程及控制算法进行了详细阐述。
在仿真实验方面使用Matlab/Simulink工具对双桨驱动无人艇的航向控制方法进行了仿真，对比分析了单航向PID和航向、转向角速度双环PID控制方法的效果，并对航向、转向角速度双环PID控制方法的抗干扰能力做了仿真验证实验。仿真结果表明航向、转向角速度双环PID控制方法在双桨驱动无人艇运动控制中具有良好的可靠性和稳定性。搭载该控制系统的双桨驱动的水面无人艇多次下水试航，实测结果表明：所研制的基于航向、转向角速度双环PID的控制系统具有较好的航行控制效果，能够满足双桨驱动水面无人艇的运动控制要求。
最后，对该双桨水面无人艇运动控制系统的优点和不足进行了总结。并且对今后无人艇研究可以改进的地方进行了概述。
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