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船舶动力定位试验平台测控系统设计

魏风波  
【摘要】: 船舶动力定位技术是指船舶依靠自身的推进装置产生一定的力和力矩来平衡海洋环境中如风、浪、流等外力作用下造成船舶位置偏移的一项具有很大发展潜力的新技术。21世纪是海洋的世纪,人类在大海上的活动越来越频繁,无论是海底石油的开采、海底光缆的铺设和海洋科学考察等海洋活动都对船舶的定位提出了严格要求。因此,借助于高科技的融入,动力定位技术取得了长足进步,国内外很多科研院所和海洋专业的院校对动力定位技术的研究方兴未艾。在此大环境下,通过动力定位试验平台的构建,借此获得动力定位的有关技术具有重要的意义。 船舶动力定位试验平台的基本思想是以拥有优秀的动力定位技术的“泰安口”号为原型,以1:100的比例做成缩微模型,在此平台上构建动力定位系统,并以此研究动力定位的有关技术。在实船中使用的动力定位装置并不能被同比例缩小到试验平台上,且试验平台主要工作在实验室内的小型水池内,因此,在参考国内外同行做法的基础上,基于动力定位的基本原理,拟设计出适合此试验平台的动力定位系统。本文在此思路的指导下,构建了基于摄像头的视觉定位系统来满足平台在同比例条件下误差在厘米级定位精度的要求,同时基于8位单片机构建了直流电动机的转速测控系统,以VC为开发平台,构建出动力定位系统的上位机程序,实现位移检测与推进力控制的联动,并基于MATLAB构建的仿真模型,对系统的有效性进行验证,最后对系统的扩展和性能改进方法进行分析。论文的具体研究工作可以概括为以下几个方面: (1)分析摄像头实现定位的光学原理,建立摄像头图像采集系统,分析初步的图像处理程序,研究与上位机程序通信的实现和系统的结构参数。 (2)分析直流电动机的测控系统构成。推导电动机的数学模型,研究PWM调速的实现和电机转速的检测。 (3)对上位机程序进行设计。分析了系统的上位机程序功能与构成。 (4)对系统性能测试。对系统进行了分析,并对系统进行了测试,与MATLAB仿真结果进行比较,验证系统的有效性。


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