无人船编队控制仿真开发精品资料

1、20 X 20尢.人船沿编帚队1控制仿具开;发电子设计工程杂志2014年第十一一一期1硬件设计1.1仿直/、中心仿直/、中心需要宀 完成显示船体状态串口信息输出和读取模拟电压值这3个功能.。因此设计仿直/、中心由一一一台工控机实现为这台工控机配置3个标准RS-232串口和一一一个PCI扩展的A/DD/A扩展板这里选用9112型扩展板包含16路A/D通道可以满足需求1。1.2控制节占八、控制节占八、需要宀 完成传感器数据接收无线通信数据接收发送和电机电压输出等功能其/、中数据接收发送由串口实现电压以模拟电压信号形式输出。因此设计控制节占八、由嵌入式PC104控制平台实现配置两个RS-232串口及

2、两路D/A输出通道。控制节占八、结构图如图2所示。船上控制器PC104工控机挂载的设备有一一一个MTI-G传感器一一一个无线模块和两个电机调速模块。MTI-G传感器周期性的提供姿态3个角速度信息和GPSI位置信息与控制器的接口为RS2327无线模块周期性的将无人船的航行信息丿 111、发送给遥控中心并且实时接收遥控中心的控制指令与控制器的接口为RS2327电机调速模块根据控制器发出的模拟信号控制电机转动与控制器的接口为D/A通道。1.3遥控中心遥控中心需要宀 完成无线通信数据接收发送的功能其/、中数据接收发送由串口实现。因此设计遥控中心由普通笔记本电脑实现配置一一一个USB痔专RS-232串口

3、即可1.4接口描述仿直/、中心与控制节占八、有两个接口分别是标准串口和两路D/AA/D通道其/、中串口实现传感器数据的模拟两路D/AA/D通道实现两路电机控制电压传输的模拟控制节占八、与遥控中心有一一一个由无线模块构建的无线通信网络实现数据交流而这个通信接口在逻辑上也可简化理解为串口通信。2软件设计2.1仿直/、中心软件仿直/、中心软件为VC+6.0 下编写的MFC:程序包含串口驱动PCK9112扩展卡驱动和曲线绘图组件等。半实物仿直/、系统要求仿直/、系统实时接收控制节占八、的输入并产生实时动态输出，一较高的一实一时性才可旦保证丄实物仿一真系统的.稳.定.性.和.精.度.本.软.件.采-用.

4、丄多一媒.体.定.时.器.IHd，-保证.模型.迭代的实时性，-定时-精度一为.1ms无.船.模.型一的.仿.真.步一长.根.据一经.验.选.择.为一ms1对一于.传一感.器一的.定一时-输一出.，-采-用一ual+的hi w息映一射实现一对丄无一船的仿真采用面一向对-象的一软件-设计-方法，-设一计-类完一成一对一无一人船一的一运一动一学一仿一真一，一将一无一人船一的一所一有一运动一状态参数抽象出来一封装进这一X类中作为私有-产一量一这一样一关一于_无一人_船一的_运一动一将一完一全一由一该一类一的一内一部一函一数一运一算一实一现一，一分一析一无一人船一的一特一性一可一知，一需要一个函数实现

5、无人船在一时间上的一状态递一推一，一解一算一下一时一刻一船一的一状一态一，一设一计一旦数一ISV:.O.实一现一船一的一状一态一递一推一亠既一模一拟一船一在一时一间一上一的一运一动-还一需-要-设一计一旦数一teat detJ实一现一无一人船一状一态一的输一出一亠相一当一丄使用一传一感一器-测量一船一的一状态一还一需一要一设一计一函一数一Jt函一数-实一现-外-部-控一制一的_输-入_，-相一当一丄进 推器-作一用一丄船-的一运一动-由-丄模-型一解一算-对丄时-间一的要-求一很一I高,所以函数和n O需要在多媒体时钟的响应函数中执行而getStafes()需要在时钟消息的响应函数中执行获得船

6、的实时状态并以传感器格式发送出去仿直/、中心软件提供了良好的图形界面实时显示各个无人船的位置曲线可以直观的看到仿直/、的效果仿直/、软件模拟的传感器输出格式如表1所示2.2控制节占八、软件控制节占八、软件运行于船上控制器其/、实时性要求很高因此控制中心软件采用VxWforks;嵌入式实时多任务操作系统进行任务调度以保证系统的实时性船上软件中的任务主要有主任务控制指令接收任务MTI-G数据采集任务无线通信驱动模块电机控制任务针对大量串口数据的收发控制节占八、软件设计了高速有效串口数据读写缓冲区保证了串口数据的实时更新同时把串口的I/O操作放在任务中去与主控制任务分开保证了软件的稳疋性和实时性对于

7、电机控制不能有剧烈的提速。因此控制机设计了提速保障机制即在单位时间内设置提速上限将过大的提速逐渐提高上去确保电机稳疋工作3.3遥控中心软件遥控中心软件工作在岸上的遥控计算机上配备1个标准串口接无线模块与各船上的无线模块构建无线通信网络实时监控两条船的航行情况。并且在必要情况下通过无线块发出控制信息直接控制船的航行遥控软件接收控制节占八、发送过来的无人船航行状态数据其/、具/、体格式如表1所示。同时遥控软件发送到控制节占八、的数据格式如表2所示3实验验证为了验证本系统的实用性进行3条无人船的编队运动控制实验。本次实验采用主从跟随的编队算法设疋一一一条船为主船引领船队的航行跟踪一一一条既疋轨迹其/

8、、余两条为跟随船以-三角性姿态跟随主船运动主船跟踪的轨迹曲线为:y=5sin(0.0： nx).-三条船的初始坐标为:主船(0,()从船分别为(-5(),-5C)(0,5心）跟随船以-三角性编队跟随主船7-8队形保持为边长为10的等边-三角形以主船为顶占八、的中垂线时刻指向船的航向。实验结果如图4所示实验结果表明本系统有足够的稳疋性和实时性可以满足多无人船编队仿直/、的要求4结论针对无人船编队系统开发的需要本文设计并实现了一一一种用于模拟多无人船编队的实时半实物仿直/、系统该系统通过对电压信号的数模模数转换模拟电机控制信号的输出和采集通过串行通讯端口模拟测量设备的数据输出和数据采集利用PC104平台搭建