双体自航船模嵌入式运动控制系统设计

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通过一个加强构架连接两个船体形成一个整体的船舶,被称为双体船,这种船在水下存在两个分离的部分,在实验时主要采用双体自航船模代替双体船进行实验。在这两个船体中都会配备一个主机以及一个推进器。对于这两个船体进行连接的部分称之为连接桥,在这个连接桥上布置了许多的舱室。这种船体具备很多方面的优势,首先这种船体更加稳定,其次这种船体更加安全和舒适,再者这个船体在驾驶的过程中还非常灵活,所以其经常会运用在客船或者是渡船中。然而这种船体的不足也较为明显,比如其中的中间体结构强度不足,整体设计结构较为复杂。双体自航船模还存在一个很大的缺陷,即在高速度航行的过程中,船体会产生非常剧烈的纵摇,这些不足都让双体自航船模的发展得到了抑制。本论文主要针对双体自航船模减摇的问题,对双体自航船模整体的运动系统进行设计。本论文中将采用模糊自整定PID控制算法,对双体自航船模的航速航向控制系统与纵向稳定控制系统进行设计,之后将底层控制系统与上层减摇算法相结合,最后进行双体自航船模的实验调试。根据双体自航船模相关实验的性能要求,本文将采用多种电机与传感器相互结合的方法设计完整的双体自航船模运动控制系统,以此来保证双体自航船模相关实验的可靠性。本论文首先将对双体自航船模的航速航向控制系统和纵向稳定控制系统进行嵌入式系统的设计。航速航向控制系统部分将采用DSP主控芯片作为硬件系统的核心,利用各种传感器采集舵角和电机转速等相关信息,运用模糊PID控制算法对舵角以及航速进行控制。纵向稳定控制系统部分将采用ARM7主控芯片作为硬件系统的核心,选用液压驱动的方式对T型翼和压浪板进行驱动,采集到液压驱动系统的相关数据后,通过模糊PID控制算法对T型翼和压浪板进行控制。之后对双体自航船模的航速航向控制系统和纵向稳定控制系统进行建模和仿真分析。通过Matlab模拟模糊自整定PID控制算法对二者的控制效果,并于传统PID控制算法相对比。通过仿真实验验证模糊自整定PID算法拥有更短的调节时间、更少的超调量、更稳定的控制性能等优点最后进行双体自航船模的实验调试。通过航速实验、减摇实验等一系列实验分析和数据采集,检验模糊自整定PID控制算法对控制系统运行的稳定性,同时也将用此双体自航船模的运动控制系统验证上层减摇算法的有效性。
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