详情

原文传递基于Linux平台下船舶动力定位系统的研究

论文题名：	基于Linux平台下船舶动力定位系统的研究
关键词：	船舶动力定位系统;Linux平台;模型预测控制器;Qt绘图技术;嵌入式ARM平台
摘要：	动力定位技术是一种新型的海洋探索与开发的手段，它起源于人类对浩瀚的海洋以及其海底矿产、油气等资源的开采和利用。随着陆地资源开采殆尽以及能源需求的重大压力，该技术迅速崛起。动力定位技术是一种通过安装在船舶或者油气开采平台中的推进装置，产生补偿外界风、流、浪等环境力的力或力矩，使得整个定位平台能够按照设定的位置进行工作或者实现定点作业等功能。动力定位技术从产生到现在，虽然各种技术更新不断，但是其组成依旧如初，动力系统为其提供工作与修正的动力，推力系统着重于推力的分配，动力定位控制系统充当着整个系统的核心地位，测量系统是控制系统各种信号输入的源头，在测量系统中，测量外界环境干扰力是一项重要的工作，但是根据对传统外界环境因素测量方法的研究，我们知道对于这些干扰没有足够准确的数学模型去描述，这就使得整个动力定位系统不能有效精确的实现定位。正是介于此背景，本文将研究的重点放眼于控制系统的研究和测量系统的设计两个方面。　　本文以船舶作为研究对象，在动力定位控制系统的研究中，从计算机系统层面设计了基于Linux平台下动力定位操作面板。在显示系统的设计中，本文采用了嵌入式ARM平台所带的4.3寸LCD液晶屏作为显示系统的终端。设计了模型预测控制器（Model Predictive Control，即MPC）作为核心控制算法。在测量系统的研究中，设计了一种动力定位外界环境力的测量装置，从而实现对外界环境力的测量。具体的研究工作如下：　　（1）从内核编译、根文件制作、嵌入式平台搭建等研究领域深入了解开源Linux操作系统的工作原理。　　（2）研究ARM11系列Tiny6410（三星S3C6410）的硬件平台，以及该平台下的编程模式和方法。　　（3）运用C++语言的编程方法，Qt绘图技术，在Qt图形软件中设计满足要求的船舶动力定位界面，并将其经过交叉编译移植到ARM平台上。　　（4）结合动力定位原理，设计一种动力定位外界环境力的测量装置。　　（5）通过对外界环境力测量装置测量原理的分析，对动力定位低频运动模型进行了改进。　　（6）通过运用MPC算法，结合改进船舶低频运动模型，通过仿真试验，验证了一种动力定位外界环境力的测量装置对外界风、流、浪等环境力测量的可行性与有效性。　　本文对船舶动力定位系统上位机控制面板进行了设计，运用嵌入式 Linux系统作为操作系统平台，通过ARM平台上对上位机控制界面进行设计，使得整个系统具有开源的操作系统平台，增加了系统的安全性和版权的自主性；上位机采用ARM平台相对于PC机而言，使得上位机更加小型化。通过Qt绘图技术能够设计出人性化的人机界面，提高了整个显示系统的品质。在测量系统中，通过设计一种动力定位外界环境力的测量装置，改进了动力定位系统对外界环境力的传统测量方法，提出测量原理和推力分配方案，仿真结果表明了本装置对外界环境力的测量是有效可行的。
作者：	孙志坚
专业：	导航、制导与控制
导师：	袁赣南
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文