深度模擬器監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、深度模擬器是水下航行器控制系統(tǒng)仿真的重要設(shè)備，應(yīng)用該設(shè)備，可以模擬水下航行器在不同海洋深度航行時(shí)所承受的水壓；與航行器系統(tǒng)有關(guān)模塊相配合，可直接在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)水下航行器縱向深度控制的各種性能和參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。 傳統(tǒng)的深度模擬器由于受自身傳感元件測(cè)量精度和范圍的約束，深度模擬的精度和范圍很有限，所采用的常規(guī)比例．積分．微分控制算法往往受人為經(jīng)驗(yàn)左右，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，卻難以達(dá)到預(yù)期的控制效果。 本文以近年來(lái)發(fā)展迅速的智能控制相關(guān)理

2、論為基礎(chǔ)，提出一種數(shù)字化控制、雙傳感器反饋的新模擬器設(shè)計(jì)方案。通過(guò)采用實(shí)時(shí)控制和面向?qū)ο蟮姆椒?，?duì)深度模擬器的重要數(shù)字控制部分一監(jiān)控軟件進(jìn)行了算法研究和設(shè)計(jì)。通過(guò)該軟件的實(shí)時(shí)控制，可使深度模擬器精確地模擬水下航行器航行時(shí)的不同深度壓力，從而實(shí)現(xiàn)大深度、高精度、實(shí)時(shí)精確顯示的模擬要求。 本文的設(shè)計(jì)內(nèi)容及結(jié)果如下： 1)數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)鑒于受控對(duì)象存在本質(zhì)的非線性及參數(shù)不確定性，常規(guī)PID算法難以達(dá)到預(yù)期動(dòng)態(tài)效果的現(xiàn)狀，將智

3、能控制的相關(guān)理論應(yīng)用于常規(guī)PID控制中，通過(guò)采取可以靈活調(diào)整控制結(jié)構(gòu)和參數(shù)的數(shù)字控制方法，設(shè)計(jì)出一種非線性智能數(shù)字控制器。該控制器可根據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)偏離設(shè)定值的情況及變化趨勢(shì)，借助相關(guān)的控制規(guī)則，自動(dòng)調(diào)節(jié)控制參數(shù)以加大或減小控制力度，使輸出快速且平穩(wěn)地趨于設(shè)定值。 仿真試驗(yàn)表明，該算法減小了深度跟隨誤差，使深度跟隨誤差降低到0.05米以下；對(duì)非線性擾動(dòng)因素的適應(yīng)性能力也得到加強(qiáng)，因而深度模擬器的動(dòng)態(tài)性能提高明顯。 2)實(shí)時(shí)、

4、大深度、高精度模擬方法的研究與設(shè)計(jì)通過(guò)將單量程壓力傳感器改裝成具有大、小不同量程的壓力傳感器以反饋不同范圍的深度，并在量程過(guò)渡區(qū)域采取軟件平滑切換和數(shù)據(jù)擬合的方法，實(shí)現(xiàn)了大深度范圍、高精度模擬的要求。系統(tǒng)試驗(yàn)顯示，應(yīng)用該方法進(jìn)行深度模擬的范圍可達(dá)0～655.35m、分辨率達(dá)到0.1m、靜態(tài)精度為0.1％。 在實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)上，本文提出了一種單任務(wù)多速率與多任務(wù)多速率相結(jié)合的任務(wù)執(zhí)行方式，使實(shí)時(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率得到顯著提高；在調(diào)度算法上采

5、取了優(yōu)先級(jí)動(dòng)態(tài)調(diào)整、任務(wù)靈活調(diào)度的策略，降低了因不良競(jìng)爭(zhēng)而引起的死鎖現(xiàn)象，提高了資源的利用率。仿真試驗(yàn)顯示，運(yùn)用該方法，深度模擬器系統(tǒng)的最小更新周期可達(dá)到1ms，滿足了水下航行器實(shí)時(shí)、多任務(wù)、并行處理的要求。 3)遠(yuǎn)程控制模擬的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)采用遠(yuǎn)程通信方式實(shí)現(xiàn)上位主仿真機(jī)對(duì)下位深度模擬器的現(xiàn)場(chǎng)模擬控制，是深度模擬器重要的工作模式之一。本文采取串行異步通信方式實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程模擬控制，較之同步通信，具有傳輸簡(jiǎn)單、通信距離長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)計(jì)時(shí)

6、，通過(guò)定義安全數(shù)據(jù)類及校驗(yàn)碼，確保數(shù)據(jù)通信無(wú)誤；通過(guò)調(diào)用Windows API函數(shù)以獲得精確的控制時(shí)間。通信試驗(yàn)表明，該通信方法可使通信間隔精確到0.001秒，傳輸數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤。 4)監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)以Visual C++為設(shè)計(jì)工具，建立了一個(gè)面向用戶的深度模擬器圖形監(jiān)控界面。該界面實(shí)現(xiàn)了深度模擬的方式設(shè)定、壓力范圍設(shè)置、運(yùn)行控制、精確圖形顯示、自檢、幫助等要求的功能。 5)軟件的可靠性設(shè)計(jì)為了防止程序跳飛、數(shù)據(jù)丟失