随着人民生活水平不断提高,市场对河蟹的需求也在逐年提升。但我国的河蟹养殖目前仍以人工为主,劳动强度大,智能化程度低,容易造成投饵不均。为了实现河蟹的科学化养殖,在江苏省现代农业研发项目和江苏省海洋渔业局渔业科技创新项目等科研项目经费的资助下,研制了一款明轮驱动的水产养殖自动作业船,能够解放劳动力,提高河蟹养殖效率。本文对作业船的导航控制系统与电源管理系统做出研究与设计。导航控制系统能够保证作业船沿着规划路径均匀投饵,电源管理系统则为导航控制系统的工作状态切换提供必要的依据,并保证作业船各用电模块的可靠运行。本文的主要研究内容如下:一、设计了基于明轮驱动的水产养殖自动作业船。介绍了作业船总体结构与主要技术参数;分析了主控模块与投饵模块的内部结构;在作业船总体结构的基础上介绍了控制系统的结构与工作原理,并对其中的导航控制系统与电源管理系统做出详细阐述。二、设计了水产养殖自动作业船的导航控制系统。介绍了作业船采用的GPS/地磁组合导航系统及其原理;建立了作业船工作区域的平面坐标系,在此基础上进行巡航路径的规划与导航路径的跟踪算法设计;设计了基于模糊PID的航向控制器,并对跟踪效果进行仿真验证;设计了航速控制策略与航向/航速分配控制策略。三、设计了水产养殖自动作业船蓄电池剩余电量估算算法。介绍了铅酸蓄电池的工作原理与关键参数;建立了铅酸蓄电池二阶RC等效模型,并根据作业船出航与巡航状态的不同建立了基于作业船工作特性的蓄电池剩余电量估算算法,实现估算精度与系统任务量的平衡;对算法中最重要的扩展卡尔曼滤波算法(Extended Kalman Filter,EKF)做出详细设计,并通过仿真验证其性能。四、设计了基于STM32系列芯片的水产养殖作业船软硬件。其中,硬件部分设计了主控模块、导航模块、无线通信模块、电机驱动模块、电源模块与电压电流采集模块;软件部分则设计了通信解析单元、巡航控制单元、信息存储单元与剩余电量估算预警单元。通过一系列的实验,验证了导航控制系统与电源管理系统的可用性。实验结果表明:在不接收差分信号的条件下,自动导航时作业船直线路径跟踪平均误差不超过0.1m,转弯最大误差不超过0.6m;电源管理系统能够实时监视电池状态参数,并在线估算蓄电池剩余电量,保障投饵作业任务顺利完成。