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动力定位独立操纵杆系统设计及功能仿真
| 论文题名： | 动力定位独立操纵杆系统设计及功能仿真 |
| 关键词： | 动力定位船舶;独立操纵杆系统;BP神经网络;功能仿真 |
| 摘要： | 海洋资源的开发离不开动力定位技术的支持。在海洋环境等外界因素的干扰下，如何提高海上作业船舶的定位精度，安全、可靠地完成作业任务，成为动力定位船舶研究的重点。为了提高动力定位系统的灵活性、易操作性，本文对动力定位独立操纵杆系统（Independent Joystick System，IJS）进行了研究与开发。 独立操纵杆系统由操纵杆操作终端和IJS控制柜组成。操作终端通过指令信息的采集、与IJS控制柜之间的信息交互，实现船舶的手动、定向、定位、设置艏向等功能。此外，操作终端还可以与便携式操纵杆操作终端共享船舶信息。IJS控制柜主要有一台CPCI总线工业控制计算机和串口卡等外设组成，主要完成基于 BP神经网络的PID控制器的设计，以及与操作终端之间的信息交互。本文在分析系统设计要求的基础上，分别对操作终端的硬件电路设计和控制器的设计进行了研究，并对系统进行了半实物仿真试验，证明系统性能良好。本文研究的主要内容如下： 首先，操作终端作为独立操纵杆系统的重要组成部分，必须具有较高的实时性和稳定性。因此在分析了系统功能的基础上，采用稳定性、可靠性高，设计灵活，开发周期短的FPGA作为主控器件，详细研究了基于FPGA的硬件电路原理图设计，主要包括：FPGA最小系统、A/D转换、数字脉冲采集、串口通信和CAN通信等电路的设计，并完成硬件电路板的测试。 其次，熟悉了FPGA的开发环境，并在QuartusII开发工具上，利用Verilog HDL语言完成各个功能模块的驱动程序开发，主要包括：顶层模块、串口通信模块、CAN通信模块、信息采集模块等。 再次，建立了动力定位船舶三自由度水平面运动的数学模型和海洋环境干扰力的仿真模型，通过直航试验和回转试验，证明所建立的船舶运动模型符合设计要求。 最后，研究了神经网络的原理和方法，将BP神经网络与PID控制相结合，建立基于BP神经网络的PID控制器，通过BP算法在线调整PID控制器的参数，解决了PID参数整定困难的问题。在半实物仿真平台上完成仿真试验，验证所设计系统的性能。仿真结果表明，本文所设计的独立操纵杆系统性能较好，符合设计要求。 |
| 作者： | 朱增帅 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 丁福光 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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