【摘 要】
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随着全球经济的发展,以船舶为载体的航运行业的优势逐渐凸显出来。对于船舶来说,自动操舵仪是进行航向控制的关键性设备,它性能的好与坏会直接影响到船舶是否能够安全、高效
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随着全球经济的发展,以船舶为载体的航运行业的优势逐渐凸显出来。对于船舶来说,自动操舵仪是进行航向控制的关键性设备,它性能的好与坏会直接影响到船舶是否能够安全、高效、经济的运行。然而,在装载到船舶之前,自动操舵仪由于得不到输入、输出信号,而无法进行正常的功能测试,这使得对于自动操舵仪的研制、升级以及检修面临很大困难,为此,本文结合实际自动舵以及嵌入式系统,设计并实现了一套基于ARM的船舶自动舵测试系统。首先,根据船舶控制系统的工作原理,本文对船舶自动舵测试系统的整体硬件框架进行了设计。通过PLC与步进电机来代替实船中复杂的液压舵机系统产生舵角,采用ARM嵌入式系统装载船舶数学模型模拟实船的运动,产生航向数据以及处理舵角数据,自动操舵仪则选用可在实船中使用的真实自动操舵仪,再通过各个硬件的特性,将设备之间进行电气连接,使整个硬件系统组成完整的闭环。然后,作者在Qt环境中为ARM设计了一套基于ARM的船舶自动舵测试软件。首先在Matlab中建立了船舶数学模型,之后通过Matlab Coder将其转化为C文件;同时,设计了可对舵机转速、航速以及运行环境等进行设置的参数设置界面,为船舶模型载入运行参数;还设计了图形显示界面用于显示模拟船舶运动时的航迹、航向以及舵角数据,期间解析了IEC61162通信协议,为自动舵与ARM板间通信建立了协议基础。为了实现对自动舵的远程测试,还在手机中设计了一套测试软件,也包含参数设置以及图形显示界面,并将Wi-Fi模块接入ARM板,通过UDP协议,使其在网络间与手机完成通信。最后,作者对整套系统进行了综合测试,包括通过手动以及随动操舵对硬件进行了测试,显示硬件性能良好;通过回转试验以及“Z”型试验验证了ARM板中船舶模型的有效性;通过航向控制试验,对自动操舵仪的控制性能进行了测试,试验结果表明自动舵的控制性能优异。总体测试结果表明,所设计的基于ARM的船舶自动舵测试系统结构合理,功能正确,具有一定的应用价值。
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