基于ARM的减摇鳍智能控制器的研究

【摘要】： 减摇鳍是船舶与海洋工程中的一种重要系统,目前已在多种船舶中广泛应用。减摇鳍对于提高船舶耐波性,增加船舶使用寿命,改善设备与人员的工作条件,提高舰艇的战斗力具有重要作用。减小船舶横摇是目前船舶运动控制领域的重要课题之一。本文以船舶减摇鳍系统作为研究对象,重点讲述了基于ARM处理器的减摇鳍控制器的设计与实现方案。 减摇鳍系统目前大多采用基于力矩对抗原理的PID控制器。控制器的性能对船舶自然横摇周期和无因次横摇衰减系数有着很大的依赖关系。由于船舶横摇运动的复杂性、非线性、时变性和海况的不确定性,经典PID控制难以获得满意的控制效果。采用先进的控制策略是解决这一问题的有效方法。本论文将模糊控制与PID控制相结合,实现了无须精确的对象模型,只须将操作人员和专家长期实践积累的经验知识用控制规则模型化,然后用模糊推理在线辨识对象特征参数,便可对PID参数实现自整定。另外,浪级调节器做为减摇鳍控制器的一个重要组成部分,本论文也对其设计进行了研究,提出了一种基于海浪谱估计的浪级调节器的设计方法,弥补了传统浪级调节器不能充分利用海浪信息的不足。 目前大多数的减摇鳍控制器使用单片机作为主处理器或者以工控机为基础开发而来的,前者集成度不高,稳定性也不好,而后者成本较高。因此,本课题设计了一款新型的基于ARM处理器的减摇鳍控制器,解决了上述问题。该系统主要由硬件平台和软件平台两部分组成。硬件平台主要包括基于飞利浦公司的LPC2214的控制器核心电路和辅助实现控制的驱动电路;软件平台主要是基于ARM的软件,包括启动代码和应用程序。 研究结果表明:开发的嵌入式减摇鳍控制系统不仅具有集成度高、性价比高、性能优越、抗干扰能力强、稳定性好、实时性高等优点。同时更能够适应减摇鳍控制系统智能化的发展趋势,所以该减摇鳍控制器具有很好的使用价值及意义。