双桨驱动水面无人艇运动控制系统的研究与开发。

简介：
随着时代的发展，科技水平的进步日益显著，人们对于设备的需求正日益朝向智能化、自主化以及无人化的趋势演变。无人艇作为一种水上机器人平台，其具备着高智能程度、隐蔽性强以及机动性优越等显著特点。目前，无人艇运动控制已成为国内外学术界研究的热点领域，并且是无人艇完成复杂任务的关键前提，同时也是该领域亟需攻克的重中之重。本文聚焦于一双桨驱动的水面无人艇作为被控对象，自主研发了一套双桨驱动的水面无人艇运动控制系统。该系统的整体架构由控制手柄、上位机软件以及艇载控制中心构成。具体而言，控制手柄能够实现对无人艇工作模式和性能参数的灵活调整；上位机软件提供的控制界面则能够实时呈现无人艇当前的运行状态、位置信息、环境参数以及运动参数等关键数据；而艇载控制中心则具备了对无人艇进行远程遥控和自主巡航等功能的实现能力。在通信方面，无人艇采用了多种通信方式，例如数传电台和4G通信技术，以确保运动控制系统通讯的可靠性和稳定性，从而有效克服了传统无人艇由于通信距离限制所带来的挑战。此外，该系统还配备了差分GPS（全球定位系统），以保证经纬度信息的精确性；并搭载了航姿传感器和毫米波雷达等高精度传感器，实现了对无人艇工作状态的实时监测与感知。双桨驱动水面无人艇的运动控制系统采用DSP28335（数字信号处理）作为主控核心，并利用ccs6.0（Code Composer Studio）作为软件开发平台，基于C语言编程实现对传感器数据的接收与发送功能。同时完成了传统PID控制算法和航向、转向角速度双环PID控制算法的设计与编写工作，并详细阐述了该系统的软硬件架构、控制流程以及所采用的控制算法。在仿真实验阶段，借助Matlab/Simulink工具对双桨驱动无人艇的航向控制方法进行了模拟验证与对比分析；重点比较了单航向PID和航向、转向角速度双环PID两种控制方法的性能表现；并对航向、转向角速度双环PID方法在抗干扰能力方面的仿真实验进行了深入验证。仿真结果表明：航向、转向角速度双环PID控制方法在双桨驱动水面无人艇运动控制中展现出卓越的可靠性和稳定性特征。随后，搭载了该运动控制系统的双桨驱动水面无人艇进行了多次实际下水试航实验；实测结果证实所研制的基于航向、转向角速度双环PID的控制器具有良好的航行操控效果，完全满足了双桨驱动水面无人艇所需的运动性能要求。最后, 对该双桨水面无人艇运动控制系统的优势与局限性进行了总结归纳, 并对未来无人艇研究领域可能存在的改进方向进行了展望概述.