绿色能源无人艇主要功能系统开发及艇型优化设计分析

摘要

随着环境污染日益严重，很多国家注意到了绿色能源在船舶方面应用的巨大潜力并相继展开太阳能船舶的研究。将太阳能技术使用到无人艇应用中，在国内外尚未见报道。智能控制系统在无人艇上的使用处于发展期，传统的控制技术只能处理简单的任务，不能够满足复杂的需求。且其兼容性差，满足不了传感器的发展需求。近年来，以嵌入式控制方式为主的智能化产品广泛使用，并在各行业内取得非常优秀的成绩，因此本文提供一整套用于无人艇的嵌入式智能控制系统设计，包括：CPU选型、传感器开发、算法设计和通信协议制定等。以模型试验为辅，对开发出来的两套现代智能控制系统反复进行试验测试，并在此基础上开发出具有实际实用意义的功能，并对系统进行综合的测试。主要研究工作及分析如下：
　　一、完成一套150W的太阳能供电系统，并能够针对不同的需求实现不同的能源输出方案；完成一套独立风帆推进系统及其控制设备系统，并能够实现推进；
　　二、改编完成一套兼顾到太阳能方案设计的双体船优化程序，并针对本文的中所需要的一些参数进行优化，得到对太阳能双体船综合性能影响较大的船型参数；
　　三、独立设计制作了一艘双体无人艇，并针对该无人艇进行了大量的验证性试验。同时针对无人艇的试验需求，制定了一种普适的无人艇综合性能验证试验方案，为无人艇的试验提供较为全面、可靠的方案；
　　四、开发了一套基于51单片机的无人艇智能控制系统，并在试验中验证了该套系统的可靠性；成功的完成了一艘水面无人消防艇(中间试验艇)、一艘水面光电指引航行无人艇(中间试验艇)，并能够实现若干其他功能；
　　五、开发了一套基于STM32嵌入式现代智控系统，并在本文涉及的无人艇进行了试验，试验中使用到模糊控制等算法；同时为了无人艇开发了近30种不同功能的模块，保证了无人艇的强大功能，并针对每个模块之间的不同需求，完成了所有模块之间的融合，形成一个有机整体；
　　六、无人艇通信技术方面引入物联网通信理念，并根据自身的试验心得和其他行业的通信协议等知识制定了一套宽泛的无人艇的通信协议，该协议具备非常好的可扩展性，同时根据不同无人艇的需求预留了相应的扩展空间，能够为无人艇协同作业提供技术支撑。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 本课题的目的与意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 绿色能源双体无人艇性能优化数学模型

2.1 引言

2.2 艇型性能优化数学模型

2.3 太阳能数学模型及约束条件

2.4 本章小结

第3章 绿色能源双体船优化计算及分析

3.1 引言

3.2 优化算法原理介绍

3.3 太阳能双体船优化设计变量选取

3.4 太阳能双体船优化计算结果

3.5 本章小结

第4章 绿色能源无人艇设计及制作

4.1 引言

4.2 目标无人艇的设计

4.3 模型制作

4.4 本章小结

第5章 无人艇主要功能模块开发及设计

5.1 引言

5.2 控制核心介绍及设计

5.3 主要功能模块开发及介绍

5.4 几种控制方式开发及介绍

5.5 本章小结

第6章 嵌入式软硬件系统兼容性论证及可视化方案设计

6.1 引言

6.2 配置简介及配置兼容性实施方案

6.3 通信方案设计及构想

6.4 可视化方案构想

6.5 本章小结

第7章 绿色能源无人艇主要功能系统试验及分析

7.1 引言

7.2 船体试验及数据分析

7.3 系统陆上联调及数据分析

7.4 系泊试验及数据分析

7.5 航行试验

7.6 无人艇主要功能试验

7.7 本章小结

第8章 总结与展望

8.1 论文工作总结

8.2 论文工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文和取得的科研成果

致谢