[发明专利]一种实验型无人水面船的控制结构

说明书

技术领域

本发明涉及船舶自动控制领域，具体为一种实验型无人船的控制结构。

背景技术

无人水面船的运动控制是目前国际控制领域研究的热点问题之一，研究内容涉及点镇定、轨迹跟踪、航路点跟踪、路径跟踪、编队协同等，具有重要的理论研究和工程应用价值。

水上实验是无人水面船的运动控制研究的重要步骤，其目的是验证控制算法的有效性，并对算法的工程应用价值进行检验。传统的无人船采用预编程自主控制模式，即从岸上控制器向无人水面船发送控制指令，包括航行速度、航路任务、控制参数等，由船上控制器依据传感器系统采集到的无人水面船运动参数，包括经纬度、速度、航向角等，完成运动控制解算后驱动推进器、舵机等执行机构。

预编程自主控制模式的优点是自主性强，运动过程中通信量少，但运动控制算法完全由船上控制器实现，当需要修改运动控制算法时需要重新中断实验，将船上控制计算机与软件开发上位机连接以完成软件的编译和下载，这在实验过程中实施较为困难，尤其是野外实验，这对于需要频繁修改控制算法的验证实验来说是难以接受的。

发明内容

要解决的技术问题

为解决现有技术存在的难以快捷地修改运动控制算法的问题，本发明提出了一种实验型无人船的控制结构。

技术方案

本发明的技术方案为：

所述一种实验型无人船的控制结构，包括岸上模块、船上模块、导航传感器和船体推进与操纵机构，其特征在于：岸上模块包括岸上通信模块、航行参数显示模块、运动控制模块和任务规划模块；船上模块包括船上通信模块、数据采集接收模块、执行机构驱动模块；任务规划模块将任务指令通过运动控制模块转变为驱动指令后，由岸上通信模块将驱动指令传递到船上通信模块，并由船上通信模块传递给执行机构驱动模块，控制船体推进与操纵机构驱动船体运动；船体运动后，由数据采集接收模块按设定的控制周期采集导航传感器测得的船体运动参数信息，船上通信模块将船体运动参数信息传递到岸上通信模块，由航行参数显示模块将船体运动参数信息显示，由运动控制模块根据船体运动参数信息进行无人船的运动控制解算，得到船体运动的驱动指令，由岸上通信模块将驱动指令传递到船上通信模块，并由船上通信模块传递给执行机构驱动模块，控制船体推进与操纵机构驱动船体按照控制要求运动。

所述一种实验型无人船的控制结构，其特征在于：船上通信模块与岸上通信模块采用半双工无线通信方式连接。

有益效果

本发明的优点是，无人水面船的船上控制计算机仅完成传感器数据的采集和无人水面船推进器和舵机的驱动，其功能完全由无人水面船的硬件系统决定，不需做任何修改。而岸上控制计算机则实现无人水面船的运动控制功能，实验过程中仅需修改岸上控制软件即可完成运动控制算法的修改和验证，而不需修改船上控制软件，便于开展无人水面船的运动控制实验研究。

附图说明

图1：本发明的无人水面船控制系统结构；

图2：实施例的控制系统框图。

具体实施方式

下面结合实施例描述本发明：

无人水面船载体本身可根据不同航行控制实验需求进行设计制造或选用已有型号，实施例中采用河南新舟游艇公司制造的单体游艇模型。

实验型无人船的控制结构包括岸上模块、船上模块、导航传感器和船体推进与操纵机构。岸上模块包括岸上通信模块、航行参数显示模块、运动控制模块和任务规划模块；船上模块包括船上通信模块、数据采集接收模块、执行机构驱动模块。

岸上模块的控制计算机采用联想ThinkPad X61笔记本电脑，通信模块采用美国Digi公司的XStream数传电台模块，控制计算机通过USB-RS232转换器与通信模块的串口连接，运动控制软件采用Microsoft Studio 2008集成开发软件编译，控制算法包括航路点跟踪和路径跟踪控制。

船上模块的控制计算机由PC104嵌入式工控机构成，其中CPU模块采用深圳盛博科技有限公司的DX486模块，具有4个RS232串行通信接口，DA转换模块采用美国Diamond公司的DMM16-AT模块。无人水面船运动传感器采用荷兰Xsens Technologies B.V.公司的MTi微型方位姿态参考系统，通过COM3串行通信端口与DX486模块连接，GPS接收机采用北京星网宇达科技开发有限公司自主开发的的XWGPS1000型高精度动态接收机，通过COM2串行通信端口与DX486模块连接。