深度模擬器監(jiān)控軟件的設(shè)計與實現(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，可直接在實驗室條件下對水下航行器縱向深度控制的各種性能和參數(shù)進行測試。 傳統(tǒng)的深度模擬器由于受自身傳感元件測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)驗左右，費時費力，卻難以達到預(yù)期的控制效果。 本文以近年來發(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)計方案。通過采用實時控制和面向?qū)ο蟮姆椒?，對深度模擬器的重要數(shù)字控制部分一監(jiān)控軟件進行了算法研究和設(shè)計。通過該軟件的實時控制，可使深度模擬器精確地模擬水下航行器航行時的不同深度壓力，從而實現(xiàn)大深度、高精度、實時精確顯示的模擬要求。 本文的設(shè)計內(nèi)容及結(jié)果如下： 1)數(shù)字控制器的設(shè)計鑒于受控對象存在本質(zhì)的非線性及參數(shù)不確定性，常規(guī)PID算法難以達到預(yù)期動態(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，借助相關(guān)的控制規(guī)則，自動調(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；對非線性擾動因素的適應(yīng)性能力也得到加強，因而深度模擬器的動態(tài)性能提高明顯。 2)實時、

4、大深度、高精度模擬方法的研究與設(shè)計通過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，并在量程過渡區(qū)域采取軟件平滑切換和數(shù)據(jù)擬合的方法，實現(xiàn)了大深度范圍、高精度模擬的要求。系統(tǒng)試驗顯示，應(yīng)用該方法進行深度模擬的范圍可達0～655.35m、分辨率達到0.1m、靜態(tài)精度為0.1％。 在實時設(shè)計上，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，使實時系統(tǒng)的設(shè)計效率得到顯著提高；在調(diào)度算法上采

5、取了優(yōu)先級動態(tài)調(diào)整、任務(wù)靈活調(diào)度的策略，降低了因不良競爭而引起的死鎖現(xiàn)象，提高了資源的利用率。仿真試驗顯示，運用該方法，深度模擬器系統(tǒng)的最小更新周期可達到1ms，滿足了水下航行器實時、多任務(wù)、并行處理的要求。 3)遠程控制模擬的設(shè)計與實現(xiàn)采用遠程通信方式實現(xiàn)上位主仿真機對下位深度模擬器的現(xiàn)場模擬控制，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現(xiàn)了遠程模擬控制，較之同步通信，具有傳輸簡單、通信距離長的優(yōu)點。在設(shè)計時

6、，通過定義安全數(shù)據(jù)類及校驗碼，確保數(shù)據(jù)通信無誤；通過調(diào)用Windows API函數(shù)以獲得精確的控制時間。通信試驗表明，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)確無誤。 4)監(jiān)控界面的設(shè)計和實現(xiàn)以Visual C++為設(shè)計工具，建立了一個面向用戶的深度模擬器圖形監(jiān)控界面。該界面實現(xiàn)了深度模擬的方式設(shè)定、壓力范圍設(shè)置、運行控制、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)計為了防止程序跳飛、數(shù)據(jù)丟失