2.2.1海风干扰 9

2.2.2海浪干扰 9

2.3无人艇的建模与仿真 9

2.3.1PID控制原理 9

2.3.2无人艇运动数学模型的参数计算 10

2.3.3无人艇模型的数字仿真 10

2.4本章小结 11

第三章无人艇控制系统的设计 12

3.1主要功能介绍 12

3.2研究方案及任务划分 12

3.2.1研究方案 12

3.2.2任务划分 13

（1）通信和姿态获取任务 13

（2）控制算法任务 13

（3）转舵执行任务 13

3.3硬件设计 14

3.4软件设计 15

3.5串口通信 20

3.5.1串口通信电路设计 20

3.5.2PC机与STM32控制器之间的串口通讯协议 20

3.6仿真结果 21

3.7本章小结 22

第四章总结 23

致谢 24

参考文献 25

附录 26

第一章绪论

1.1课题背景及研究意义

海洋是构成地球的主要部分，它对全球的气候、环境、生物等方面都有重大的影响。在陆地资源逐渐减少的今天，全世界都焦头烂额，因此开发海洋资源逐渐成为了一种重要手段，它甚至是国家稳定与发展的支柱。开发海洋资源自然要用到船舶，而无人艇正好可以满足人们的需要，于是无人艇的研究成为开发海洋资源的关键。发达国家正投入大量精力研究无人艇以获取海域的具体资料、清除潜在的威胁，以求通过技术优势来谋求不正当利益。

在如今的海洋战略格局中，无人艇扮演的角色日益重要。无人艇在军事领域应用最为广泛，它拥有高灵活性、高机动性和方便性等优点，并且可以在危险区域无人作战，降低了人员伤亡，因此受到了军方的青睐。专家预测在未来的战争中必然有无人化战争的一席之地，无人艇将同无人机、无人潜航器等一起组成一个科技化的无人化战场。我国拥有较长的海岸线，并且海上纷争频发，因此，发展海上军事力量就不容懈怠，无人艇技术的研究对加强海上军事力量有着重大意义。但是，复杂的海洋却为无人艇的控制带来了想象不到的困难，如何控制无人艇的航向，实现远程操控成为当代研究的重点。

无人艇的控制难题在于：一是无人艇的数学模型会受到海上环境的影响发生参数摄动而变得不确定；二是智能控制算法精确度会极大的影响对无人艇的控制效果。

对于无人艇的控制主要包括两大要素：航向和航速。无人艇的航向一般都是由舵来控制，所以自动舵的设计是无人艇的控制问题中至关重要的一部分。近年来，国内外的学者都投入了大量精力将各种先进的算法应用于自动舵，智能自动舵无疑是发展的潮流。但是，在实际无人艇上验证这些算法又不太现实。硬件在环仿真是将系统的一部分与电脑相连，通过数学仿真的方式来对不便于实验的部分进行研究。利用硬件在环仿真可以有效的检测系统的合理性和可靠性，大大降低了研制风险，提高了成功率。在以上背景下，本文将设计一个基于STM32的无人艇运动控制硬件在环仿真系统。