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海图作业标绘台关键技术研究与设计实现
| 论文题名： | 海图作业标绘台关键技术研究与设计实现 |
| 关键词： | 海图作业标绘台;变速控制;现场可编程门阵列;遗传算法;船舶导航系统 |
| 摘要： | 随着现代科学技术的发展,船舶导航系统对各类航海导航设备的功能、性能等方面有了更高的要求。其中,海图作业标绘台性能的提升是提高航海作业自动化水平的一个重要方面。海图作业标绘台是用来在纸质海图上进行辅助航海作业的标绘设备,其在船舶航行中接收导航定位系统发出的位置参数,自动或手动的制定出航行计划,能连续的绘制出船舶的航迹及各种航海标记,并能实时显示与标绘本船的经纬度,为船舶操作人员提供重要的航行信息。 本课题以我校研究的海图作业标绘台为背景,对其关键技术进行研究改进,将目前绘笔的匀速控制方法改进为变速与匀速相结合的控制方法,采用了基于FPGA的接口板代替过去的CDT800接口板来控制步进电机,增加了标绘已知多目标位置点时的路径优化功能,此外增加了位置补偿环节,从而提高了标绘台的速度与精度。 论文首先介绍了课题的研究背景和国内外海图作业标绘台的发展状况,分析了目前存在的一些问题以及介绍本课题将做的一些改进设计内容。接着阐述了海图作业标绘台标绘的理论基础以及构成、工作原理,介绍了改进设计的要求、性能指标以及标绘台软硬件系统的总体构成。然后根据对标绘台步进电机控制系统的分析以及电机控制方法的研究,选用匀加减速的控制算法来控制电机,并对其进行具体的分析研究以方便实际应用。最后根据标绘多目标时有路径优化的需求,对基于遗传算法的路径优化理论进行了研究。 根据选用的步进电机匀加减速控制算法及电机的性能参数,对其控制参数进行计算设定,并根据实际需求选用了Xilinx公司SpartanII系列中的XC2S50FPGA作为接口板的核心芯片。然后根据所用控制算法对FPGA进行软件编程,先进行软件总体设计,然后进行各个模块的软件设计,主要分为脉冲发生模块、脉冲控制模块和接口模块,所有模块封装在顶层模块中。在软件模块设计完成后,编写激励对其功能进行仿真测试,从而完成接口板的设计。 根据选用的基于遗传算法的路径优化方法,对其进行具体的软件编程实现,分为五个程序模块进行编程设计,再用主函数循环调用形成一个整体模块,最后进行相应的功能仿真以验证设计结果。 最后,对数字化仪定位精度进行测试,并将其定位的坐标值作为真实坐标来进行位置补偿环节的设计,从而保证了标绘精度,达到了设计要求。 |
| 作者： | 帅树敏 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 周卫东 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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