ARM处理器在减摇鳍控制系统中的应用研究

摘要

课题分析了目前国内外减摇鳍控制技术的发展与现状，重点讲述了基于ARM处理器的减摇鳍控制器的功能设计与实现方案。 减摇鳍是一种由微机控制的自动化程度很高的船舶减摇装置。减摇鳍控制系统根据人为输入的信号和来自鳍本身的反馈信号，及时输出不同的控制指令，控制鳍转动到期望的角度，达到减小船舶横摇的目的。但目前大多数的减摇鳍控制器使用单片机作为主处理器或者以工控机为基础开发而来的，前者集成度不高，稳定性也不好，而后者成本较高。因此，课题设计了一款新型的基于ARM嵌入式处理器的嵌入式减摇鳍控制器，解决了上述问题。 该系统主要由硬件平台和软件平台两部分组成。硬件平台主要包括基于飞利浦公司的LPC2290的控制器核心电路和辅助实现控制的驱动电路；软件平台主要是基于ARM的软件，包括启动代码和应用程序；为实现系统的可靠运行，同时也采取了一些保证系统可靠性的措施。 目前，减摇鳍系统大多采用基于力矩对抗原理的PID控制器。由于船舶横摇运动的非线性、复杂性、时变性以及海况的不确定性，经典PID控制很难获得令人满意的控制效果。因此，如何实现PID参数的自整定就显得犹为重要。模糊控制事先不需要获知对象的精确数学模型，而是基于人类的思维以及经验，用语言规则描述控制过程，并根据规则去调整控制算法或控制参数。本论文将模糊控制与PID控制相结合，实现了无须精确的对象模型，只须将操作人员和专家长期实践积累的经验知识用控制规则模型化，然后用模糊推理在线辨识对象特征参数，实时改变控制策略，便可对PID参数实现最佳调整。 研究结果表明：采用该控制手段能较好的满足设计要求，开发的嵌入式减摇鳍控制系统具有设计合理、集成度高、性价比高、性能优越、抗干扰能力强、稳定性好、实时性高等优点。同时能够适应减摇鳍控制系统智能化的发展趋势，所以该减摇鳍控制器具有很好的使用价值及意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题的研究背景及意义

1.2国内外船舶横摇减摇技术发展概况

1.3 ARM嵌入式系统的发展趋势

1.4论文结构安排

第2章减摇鳍介绍

2.1减摇鳍减摇原理

2.2减摇鳍控制系统的构成及功能

2.2.1主要构成

2.2.2主要功能

2.3减摇鳍控制器简介

2.4本章小结

第3章嵌入式减摇鳍控制器开发方案设计

3.1嵌入式系统的概念及组成要素

3.2减摇鳍控制器开发方案

3.2.1开发方案的选择

3.2.2控制规律的选择

3.2.3嵌入式微处理器的应用选型

3.3本章小结

第4章嵌入式减摇鳍控制器的硬件设计

4.1 LPC2290芯片概述

4.2控制器硬件整体结构的设计

4.3控制器部分单元硬件电路设计

4.3.1系统电源电路设计

4.3.2复位电路设计

4.3.3时钟电路设计

4.3.4系统存储器扩展电路设计

4.3.5数模转换接口电路设计

4.3.6 JTAG调试接口设计

4.4可靠性设计

4.4.1系统可靠性设计的关键

4.4.2系统可靠性设计措施

4.5硬件调试

4.6本章小结

第5章嵌入式减摇鳍控制器软件设计与实现

5.1模糊控制理论概述

5.2减摇鳍控制系统中模糊PID控制器设计

5.3航速灵敏度调节和浪级灵敏度调节

5.3.1航速灵敏度调节规律

5.3.2浪级灵敏度调节规律

5.4减摇鳍模糊参数自整定PID控制器仿真研究

5.5软件实现

5.5.1ADS集成开发环境简介

5.5.2系统的软件编程模式

5.5.3启动代码编写

5.5.4应用程序编写

5.6软件的可靠性设计

5.7本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢