摘要：近十年来，随着海洋资源的不断开发，各个国家越来越关注领海的安全。无人艇的是海上航行器的一种，而无人艇相较于传统的水上运载工具的突出优点是可实现远程控制， 可以在恶劣环境或不适宜人的长期作业工作环境中执行任务。在军事领域和民用领域有着极大的发展空间。

本文进行无人艇的远程控制系统设计。主要分为三部分：首先通过分析无人艇的运动学和动力学特性，构建其六自由度数学模型。然后对无人艇的远程控制系统的软硬件进行设计，实现无人艇的远程手自动控制。远程控制系统分为无人艇系统和岸站系统，两者采用ZigBee无线通信方式进行通信。采用两片CC2530模块，其中一块放在无人艇上传输无人艇航行信息给岸站系统或岸站系统发送信息给无人艇系统，另一块采用USB转串口方式与计算机连接，用于岸站系统发送信息给无人艇或接受无人艇的航行信息。岸站系统通过遥控器和计算机对无人艇进行操纵，计算机通过Mission Planner地面站作为人机交互界面对无人艇进行参数配置并用来显示无人艇的位置、电源状态、速度、航向等信息，实现岸站对无人艇的远程控制，也可以通过设置参数实现无人艇的自动航行。无人艇上用STM32F103ZET6为核心控制器，搭配GPS模块提供导航信息。最后采用PID构建无人艇的直线航迹控制算法，建立无人艇直线航迹控制器，用Matlab进行直线航迹仿真。

关键字：无人艇；远程控制；CC2530模块；Mission Planner地面站；直线航迹

 

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论-1

1.1 研究背景-1

1.2 无人艇国内外研究现状及发展趋势-1

1.2.1 国外发展现状及趋势-1

1.2.2 国内发展现状及趋势-2

1.3 自动导航技术发展-3

1.4 航迹控制方法研究-4

1.5 主要研究内容与文章结构-4

第二章 无人艇运动数学模型-6

2.1 无人艇运动学数学建模-6

2.1.1 坐标系建立-6

2.1.2 无人艇运动学建模-7

2.2 无人艇动力学数学模型-8

2.2.1 无人艇静力分析-9

2.2.2 无人艇水动力分析-9

2.2.3 喷水推进力-9

2.2.4 环境干扰力-10

2.3 无人艇六自由度数学模型-10

第三章 远程控制系统硬件设计-11

3.1 无人艇控制系统总体框架-11

3.2 无人艇控制系统设备-11

3.2.1 核心控制单元-12

3.2.2 电源模块-13

3.2.3 电机驱动模块-13

3.2.4 无线通信技术-14

3.2.5 导航模块-16

3.3 遥控器-17

3.3.1 遥控器主控模块-17

3.3.2 电源管理与稳压模块-18

3.3.3 OLED显示器-18

3.3.4 NRF24L01通信模块-19

第四章 岸站控制系统设计-20

4.1 岸站监控软件-20

4.2 软件配置-20

4.3 数据解析-21

4.3.1 无线通讯模块数据传输流程-21

4.3.2 电机调速-22

4.3.3 GPS数据解析-23

4.3.4 遥控器数据解析-24

第五章 直线航迹仿真-26

5.1 直线航迹观测器和控制器设计-26

5.1.1直线航迹观测器设计-26

5.1.2 直线航迹控制器设计-28

5.2 仿真-28

第六章 总结-34

6.1 总结-34

6.2 展望-34

6.3 经济性、安全性以及社会和环境影响-34

6.3.1 经济性分析-34

6.3.2 安全性分析-34

6.3.3 社会和环境影响分析-35

参考文献-36

致 谢-39