[發(fā)明專利]一種基于STM32F429的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)無人船控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810345237.1
• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號(hào): CN108549396B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃宴委;李君弋;劉貞毅;劉長吉;邱星云;陳少斌;黃文超
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/08
• 分類號(hào): G05D1/08;G05D1/02;B63B35/00
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

本發(fā)明提出一種基于STM32F429的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)無人船控制系統(tǒng)，包括控制模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、舵機(jī)、電調(diào)、舵角傳感器、光電編碼器、GPS模塊和無人船地面站；所述舵角傳感器對無人船船舵的姿態(tài)及動(dòng)作進(jìn)行檢測；所述光電編碼器對動(dòng)力電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向進(jìn)行檢測；所述無人船地面站貯有無人船航線及巡航速度值；當(dāng)無人船航行時(shí)；無人船按無人船地面站遙控指令進(jìn)行工作，所述舵機(jī)對無人船船舵進(jìn)行控制；所述控制模塊經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸模塊與無人船地面站相連并回送無人船當(dāng)前工作數(shù)據(jù)；所述無人船地面站根據(jù)無人船當(dāng)前工作數(shù)據(jù)，通過遙控?zé)o人船控制模塊對無人船的動(dòng)力電機(jī)和船舵進(jìn)行調(diào)整，以使無人船按預(yù)設(shè)航線航行；本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜水文環(huán)境下的船舶無人駕駛。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及船舶智能控制系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其是一種基于STM32F429的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)無人船控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

由國家發(fā)改委、科技部、工信部制定的《“互聯(lián)網(wǎng)+”人工智能三年行動(dòng)實(shí)施方案》中提出了到 2018 年，打造人工智能基礎(chǔ)資源與創(chuàng)新平臺(tái)，其中無人船赫然在列。無人船作為未來船舶發(fā)展的方向，無人船市場正在不斷增長擴(kuò)大，在未來具有很大的發(fā)展?jié)摿?。船舶的運(yùn)動(dòng)控制主要是依靠對舵角的控制以實(shí)現(xiàn)船舶的航向控制，而傳播的位置控制是依靠航向控制間接實(shí)現(xiàn)的，然而，在復(fù)雜水情狀況下對無人船控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括對電機(jī)的控制以及路徑規(guī)劃方面還存在一些不足，控制精度不夠高不夠靈活，系統(tǒng)魯棒性差。綜上所述，還沒有能克服以上缺點(diǎn)以滿足在復(fù)雜水情狀況下的無人船系統(tǒng)控制需求的有效解決方法。

與陸地駕駛不同，船舶駕駛較為依賴水文環(huán)境，因此陸地?zé)o人駕駛技術(shù)并不完全適合于船舶駕駛，對于較大體積的船舶，通過實(shí)時(shí)檢測水文來進(jìn)行無人駕駛則更為困難，如何實(shí)現(xiàn)復(fù)雜水文環(huán)境下的船舶無人駕駛，是一個(gè)研究方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種基于STM32F429的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)無人船控制系統(tǒng)；能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜水文環(huán)境下的船舶無人駕駛。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

一種基于STM32F429的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)無人船控制系統(tǒng)，所述無人船以偶數(shù)個(gè)的分布于船尾兩側(cè)的動(dòng)力電機(jī)為動(dòng)力源；所述控制系統(tǒng)包括控制模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、舵機(jī)、電調(diào)、舵角傳感器、光電編碼器、GPS模塊和無人船地面站；所述電調(diào)與動(dòng)力電機(jī)相連以控制其工作；所述舵角傳感器對無人船船舵的姿態(tài)及動(dòng)作進(jìn)行檢測；所述光電編碼器對動(dòng)力電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向進(jìn)行檢測；所述GPS模塊設(shè)于無人船船體處；所述控制模塊與數(shù)據(jù)傳輸模塊、舵角傳感器、光電編碼器和GPS模塊相連；所述無人船地面站貯有無人船航線及巡航速度值；當(dāng)無人船航行時(shí)；無人船按無人船地面站遙控指令進(jìn)行工作，所述舵機(jī)對無人船船舵進(jìn)行控制；所述控制模塊經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸模塊與無人船地面站相連并回送無人船當(dāng)前工作數(shù)據(jù)；所述當(dāng)前工作數(shù)據(jù)包括船舵姿態(tài)、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)向和無人船當(dāng)前坐標(biāo)；所述無人船地面站根據(jù)無人船當(dāng)前工作數(shù)據(jù)，通過遙控?zé)o人船控制模塊對無人船的動(dòng)力電機(jī)和船舵進(jìn)行調(diào)整，以使無人船按預(yù)設(shè)航線航行。

所述動(dòng)力電機(jī)為無刷直流電機(jī)；動(dòng)力電機(jī)數(shù)量為兩個(gè)或兩個(gè)以上；所述電調(diào)為雙向電調(diào)。

所述無人船地面站貯有無人船航線沿途的水文數(shù)據(jù)。

所述無人船控制系統(tǒng)對無人船的控制包括以下方法；

A1、無人船執(zhí)行航行作業(yè)時(shí)，無人船地面站通過無人船當(dāng)前位置、速度信息與預(yù)設(shè)定的航線、航速進(jìn)行對比，計(jì)算出無人船所需的航向角并發(fā)送給控制模塊；所述控制模塊根據(jù)接收的航向角數(shù)據(jù)，對船舵、動(dòng)力電機(jī)進(jìn)行控制，使無人船以所需的航向角航行，以精準(zhǔn)地跟隨用戶設(shè)定的航線；

A2、在無人船執(zhí)行航行作業(yè)中，當(dāng)無人船地面站檢測到無人船進(jìn)入水流湍急區(qū)域或是狹窄地帶，且需進(jìn)行急轉(zhuǎn)彎時(shí)，無人船地面站參照當(dāng)?shù)厮男畔⑾驘o人船控制模塊發(fā)送遙控指令；控制模塊根據(jù)船舵舵角信息與航線間的偏差值對動(dòng)力電機(jī)進(jìn)行差速調(diào)節(jié)，使動(dòng)力電機(jī)在船尾兩側(cè)產(chǎn)生的推力不同，以動(dòng)力電機(jī)差速工作模式和船舵控制聯(lián)合對船體航向進(jìn)行精準(zhǔn)控制；