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基于嵌入式的变鳍型减摇鳍控制器研究

方悦  
【摘要】: 航行中的船舶通常会受到海流、海浪等各种扰动的影响,因此船体难免发生各类摇荡运动,其中以横摇运动造成的影响最大。目前使用最多的减横摇装置是传统型减摇鳍。但是囿于原理所限,传统型减摇鳍在高航速下才能正常工作,而在零航速行驶时无法有效减摇。为了有效解决这一问题,研究人员提出了零航速减摇鳍理论。目前已成功设计出基于此理论的可实际应用的装置,不过尚存在一些固有缺陷,其中难点是升力不足问题。哈尔滨工程大学船舶控制工程实验室首先提出变鳍型减摇鳍概念,借鉴航空学相关成果,在鳍面转动时,通过使鳍面变形的方法以产生足够的升力。 本文首先介绍零航速减摇鳍当前发展概况,然后分析了变鳍型减摇鳍的工作原理。升力数值的大小直接影响变形鳍减摇效果,因此重点对已有的升力模型进行合理分析。然后对变鳍型减摇鳍的结构与工作方式进行了阐述。当前减摇鳍控制器大多以单片机或工控机为设计基础。单片机的集成度较低,稳定性较差,而工控机的成本往往较高。本课题将当前主流嵌入式技术引入到变形鳍设计中。这里以S3C2440(ARM920T)处理器为核心芯片,软件使用嵌入式Linux。深入分析系统硬件构成,S3C2440处理器的体系结构,各组成模块的构成和功能。绘制电路原理图,设计相关电源电路、复位电路、时钟电路等。完成嵌入式Linux交叉编译环境的搭建,分析Linux内核原理,进而实现在开发板上的移植。开发基于QT技术的系统显示界面,实现模数转换器、LCD显示器驱动等部分驱动程序的编写。 传统PID控制器优点突出,结构简便、实现容易、鲁棒性好,但其参数往往需要由有经验的技术人员来调节,常因整定不良而导致工作欠佳。这里我们利用遗传算法来实现对PID参数的整定,针对性能指标构成相应的适应度函数,把参数的整定过程转化为优化过程。仿真结果显示遗传算法在复杂系统参数优化中具有较高优越性。与传统方法相比,本课题开发的系统在能耗及工作效率上都具备较大优势,设计的嵌入式变形鳍控制器性价比较高、集成度较好,且界面友好,具有较强抗干扰能力及良好实时性能。


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