無(wú)人船編隊(duì)控制仿真開發(fā)精品資料

1、20 X 20尢.人船沿編帚隊(duì)1控制仿具開;發(fā)電子設(shè)計(jì)工程雜志2014年第十一一一期1硬件設(shè)計(jì)1.1仿直/、中心仿直/、中心需要宀 完成顯示船體狀態(tài)串口信息輸出和讀取模擬電壓值這3個(gè)功能.。因此設(shè)計(jì)仿直/、中心由一一一臺(tái)工控機(jī)實(shí)現(xiàn)為這臺(tái)工控機(jī)配置3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RS-232串口和一一一個(gè)PCI擴(kuò)展的A/DD/A擴(kuò)展板這里選用9112型擴(kuò)展板包含16路A/D通道可以滿足需求1。1.2控制節(jié)占八、控制節(jié)占八、需要宀 完成傳感器數(shù)據(jù)接收無(wú)線通信數(shù)據(jù)接收發(fā)送和電機(jī)電壓輸出等功能其/、中數(shù)據(jù)接收發(fā)送由串口實(shí)現(xiàn)電壓以模擬電壓信號(hào)形式輸出。因此設(shè)計(jì)控制節(jié)占八、由嵌入式PC104控制平臺(tái)實(shí)現(xiàn)配置兩個(gè)RS-232串口及

2、兩路D/A輸出通道?？刂乒?jié)占八、結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。船上控制器PC104工控機(jī)掛載的設(shè)備有一一一個(gè)MTI-G傳感器一一一個(gè)無(wú)線模塊和兩個(gè)電機(jī)調(diào)速模塊。MTI-G傳感器周期性的提供姿態(tài)3個(gè)角速度信息和GPSI位置信息與控制器的接口為RS2327無(wú)線模塊周期性的將無(wú)人船的航行信息丿 111、發(fā)送給遙控中心并且實(shí)時(shí)接收遙控中心的控制指令與控制器的接口為RS2327電機(jī)調(diào)速模塊根據(jù)控制器發(fā)出的模擬信號(hào)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)與控制器的接口為D/A通道。1.3遙控中心遙控中心需要宀 完成無(wú)線通信數(shù)據(jù)接收發(fā)送的功能其/、中數(shù)據(jù)接收發(fā)送由串口實(shí)現(xiàn)。因此設(shè)計(jì)遙控中心由普通筆記本電腦實(shí)現(xiàn)配置一一一個(gè)USB痔專RS-232串口

3、即可1.4接口描述仿直/、中心與控制節(jié)占八、有兩個(gè)接口分別是標(biāo)準(zhǔn)串口和兩路D/AA/D通道其/、中串口實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的模擬兩路D/AA/D通道實(shí)現(xiàn)兩路電機(jī)控制電壓傳輸?shù)哪M控制節(jié)占八、與遙控中心有一一一個(gè)由無(wú)線模塊構(gòu)建的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交流而這個(gè)通信接口在邏輯上也可簡(jiǎn)化理解為串口通信。2軟件設(shè)計(jì)2.1仿直/、中心軟件仿直/、中心軟件為VC+6.0 下編寫的MFC:程序包含串口驅(qū)動(dòng)PCK9112擴(kuò)展卡驅(qū)動(dòng)和曲線繪圖組件等。半實(shí)物仿直/、系統(tǒng)要求仿直/、系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收控制節(jié)占八、的輸入并產(chǎn)生實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)輸出，一較高的一實(shí)一時(shí)性才可旦保證丄實(shí)物仿一真系統(tǒng)的.穩(wěn).定.性.和.精.度.本.軟.件.采-用.

4、丄多一媒.體.定.時(shí).器.IHd，-保證.模型.迭代的實(shí)時(shí)性，-定時(shí)-精度一為.1ms無(wú).船.模.型一的.仿.真.步一長(zhǎng).根.據(jù)一經(jīng).驗(yàn).選.擇.為一ms1對(duì)一于.傳一感.器一的.定一時(shí)-輸一出.，-采-用一ual+的hi w息映一射實(shí)現(xiàn)一對(duì)丄無(wú)一船的仿真采用面一向?qū)?象的一軟件-設(shè)計(jì)-方法，-設(shè)一計(jì)-類完一成一對(duì)一無(wú)一人船一的一運(yùn)一動(dòng)一學(xué)一仿一真一，一將一無(wú)一人船一的一所一有一運(yùn)動(dòng)一狀態(tài)參數(shù)抽象出來(lái)一封裝進(jìn)這一X類中作為私有-產(chǎn)一量一這一樣一關(guān)一于_無(wú)一人_船一的_運(yùn)一動(dòng)一將一完一全一由一該一類一的一內(nèi)一部一函一數(shù)一運(yùn)一算一實(shí)一現(xiàn)一，一分一析一無(wú)一人船一的一特一性一可一知，一需要一個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)

5、無(wú)人船在一時(shí)間上的一狀態(tài)遞一推一，一解一算一下一時(shí)一刻一船一的一狀一態(tài)一，一設(shè)一計(jì)一旦數(shù)一ISV:.O.實(shí)一現(xiàn)一船一的一狀一態(tài)一遞一推一亠既一模一擬一船一在一時(shí)一間一上一的一運(yùn)一動(dòng)-還一需-要-設(shè)一計(jì)一旦數(shù)一teat detJ實(shí)一現(xiàn)一無(wú)一人船一狀一態(tài)一的輸一出一亠相一當(dāng)一丄使用一傳一感一器-測(cè)量一船一的一狀態(tài)一還一需一要一設(shè)一計(jì)一函一數(shù)一Jt函一數(shù)-實(shí)一現(xiàn)-外-部-控一制一的_輸-入_，-相一當(dāng)一丄進(jìn) 推器-作一用一丄船-的一運(yùn)一動(dòng)-由-丄模-型一解一算-對(duì)丄時(shí)-間一的要-求一很一I高,所以函數(shù)和n O需要在多媒體時(shí)鐘的響應(yīng)函數(shù)中執(zhí)行而getStafes()需要在時(shí)鐘消息的響應(yīng)函數(shù)中執(zhí)行獲得船

6、的實(shí)時(shí)狀態(tài)并以傳感器格式發(fā)送出去仿直/、中心軟件提供了良好的圖形界面實(shí)時(shí)顯示各個(gè)無(wú)人船的位置曲線可以直觀的看到仿直/、的效果仿直/、軟件模擬的傳感器輸出格式如表1所示2.2控制節(jié)占八、軟件控制節(jié)占八、軟件運(yùn)行于船上控制器其/、實(shí)時(shí)性要求很高因此控制中心軟件采用VxWforks;嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)調(diào)度以保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性船上軟件中的任務(wù)主要有主任務(wù)控制指令接收任務(wù)MTI-G數(shù)據(jù)采集任務(wù)無(wú)線通信驅(qū)動(dòng)模塊電機(jī)控制任務(wù)針對(duì)大量串口數(shù)據(jù)的收發(fā)控制節(jié)占八、軟件設(shè)計(jì)了高速有效串口數(shù)據(jù)讀寫緩沖區(qū)保證了串口數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新同時(shí)把串口的I/O操作放在任務(wù)中去與主控制任務(wù)分開保證了軟件的穩(wěn)疋性和實(shí)時(shí)性對(duì)于

7、電機(jī)控制不能有劇烈的提速。因此控制機(jī)設(shè)計(jì)了提速保障機(jī)制即在單位時(shí)間內(nèi)設(shè)置提速上限將過大的提速逐漸提高上去確保電機(jī)穩(wěn)疋工作3.3遙控中心軟件遙控中心軟件工作在岸上的遙控計(jì)算機(jī)上配備1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)串口接無(wú)線模塊與各船上的無(wú)線模塊構(gòu)建無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控兩條船的航行情況。并且在必要情況下通過無(wú)線塊發(fā)出控制信息直接控制船的航行遙控軟件接收控制節(jié)占八、發(fā)送過來(lái)的無(wú)人船航行狀態(tài)數(shù)據(jù)其/、具/、體格式如表1所示。同時(shí)遙控軟件發(fā)送到控制節(jié)占八、的數(shù)據(jù)格式如表2所示3實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證為了驗(yàn)證本系統(tǒng)的實(shí)用性進(jìn)行3條無(wú)人船的編隊(duì)運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)。本次實(shí)驗(yàn)采用主從跟隨的編隊(duì)算法設(shè)疋一一一條船為主船引領(lǐng)船隊(duì)的航行跟蹤一一一條既疋軌跡其/

8、、余兩條為跟隨船以-三角性姿態(tài)跟隨主船運(yùn)動(dòng)主船跟蹤的軌跡曲線為:y=5sin(0.0： nx).-三條船的初始坐標(biāo)為:主船(0,()從船分別為(-5(),-5C)(0,5心）跟隨船以-三角性編隊(duì)跟隨主船7-8隊(duì)形保持為邊長(zhǎng)為10的等邊-三角形以主船為頂占八、的中垂線時(shí)刻指向船的航向。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本系統(tǒng)有足夠的穩(wěn)疋性和實(shí)時(shí)性可以滿足多無(wú)人船編隊(duì)仿直/、的要求4結(jié)論針對(duì)無(wú)人船編隊(duì)系統(tǒng)開發(fā)的需要本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一一一種用于模擬多無(wú)人船編隊(duì)的實(shí)時(shí)半實(shí)物仿直/、系統(tǒng)該系統(tǒng)通過對(duì)電壓信號(hào)的數(shù)模模數(shù)轉(zhuǎn)換模擬電機(jī)控制信號(hào)的輸出和采集通過串行通訊端口模擬測(cè)量設(shè)備的數(shù)據(jù)輸出和數(shù)據(jù)采集利用PC104平臺(tái)搭建