基于ROS的無人水面艇運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).pdf

1、無人水面艇是指運(yùn)用遙控系統(tǒng)或依靠自主方式在水面航行的無人化、智能化作戰(zhàn)平臺(tái)，具有智能、高速、隱身等優(yōu)點(diǎn)，被越來越多的應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域。為了更好地完善海上作戰(zhàn)體系，無人水面艇在某些危險(xiǎn)領(lǐng)域正逐步成為有人平臺(tái)的替代和補(bǔ)充。無人水面艇具有很高的自主性和巨大的市場(chǎng)潛力，而且特別適合作為執(zhí)行軍事任務(wù)、救援設(shè)施、信息收集的平臺(tái)。本文在綜合當(dāng)前無人水面艇所用關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，開展了無人水面艇運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。
　　首先，在無人水面艇功能

2、架構(gòu)的基礎(chǔ)上對(duì)無人水面艇總體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，接著進(jìn)行了控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，其硬件包括執(zhí)行單元(主要是噴水泵、柴油機(jī))、導(dǎo)航定位單元（主要依靠GPS、慣性導(dǎo)航、數(shù)字羅盤、多普勒計(jì)速儀等模塊來實(shí)現(xiàn)）、主控單元（基于PC104工業(yè)計(jì)算機(jī)總線標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)）、信息采集單元（主要指CMOS攝像頭、各傳感器）等。
　　其次，在無人水面艇PMI2主板上安裝了基于Linux的Ubuntu平臺(tái)，其上層軟件架構(gòu)采用ROS操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有分布式工作的特點(diǎn)。

3、通過ROS提供的消息傳遞機(jī)制完成軟件模塊的集成，并對(duì)遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)的軟件部分進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)。成功實(shí)現(xiàn)了基于無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收、無人艇航行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制、提供導(dǎo)航信息等功能。
　　最后，針對(duì)本文所研究的無人水面艇模型從運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩個(gè)方面分析了無人水面艇的力學(xué)特性，并整理出運(yùn)動(dòng)方程。由于無人水面艇運(yùn)動(dòng)時(shí)慣性很大，可以將數(shù)學(xué)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，使用Nomoto模型作為無人水面艇航向控制器的數(shù)學(xué)模型；由于本文使用噴水推進(jìn)裝