摘要：随着土地资源的利用日益饱和，海域资源的开辟受到了越来越多的国家和机构的注意。作为发展海洋战略的重要平台，无人艇发展迅速。作为无人驾驶的智能平台，无人艇具有广泛的作用，从反潜、排雷、水面作战、远端巡航等军事范畴的作战任务，到资源勘察、航道测绘、水质监测、河流管道探查和天气预报等民用范畴的作业任务，充分证明了无人艇远程控制系统的研究开发的重要的理论意义和实际应用价值。

本文设计制作了一种用于小型无人艇USV（Unamned Surface Vessel）的低成本的远程控制系统，它结合了理论分析与模型仿真，分析了无人艇的运动学与动力学方程，建立了相对理想化的数学模型。接着根据课题要求设计制作了无人艇的硬件电路以及对应程序的编写，硬件电路实行模块化，包括CPU、无线通信、电机驱动、电源电路等；对应程序则将各个硬件模块包装成子函数，共同组合成控制系统的主程序，以实现无人艇的航向和航迹控制。

然后介绍了遥控终端的平台建立过程，利用Matlab中的GUIDE环境编译人机交互界面，通过无线通信模块与无人艇建立起信息交互，实现远程控制的功能，包括手动、自动两种模式。

最后研究了无人艇的运动控制算法，根据数学模型与相关控制知识，设计了基于鲁棒PID理论的控制器，并在Matlab环境下设计了对一条直线进行航迹追踪的实验，证明了在无人艇航迹跟踪中鲁棒PID控制器的可行度。

关键词：无人艇，远程控制，直线航迹追踪，鲁棒PID

目录

摘要

ABSTRACT

第一章  绪论-1

1.1-选题背景及意义-1

1.1.1-无人艇背景及意义-1

1.1.2-无人艇数学建模背景及意义-1

1.2-国内外发展现状与发展趋势-1

1.2.1-国外研究进展-1

1.2.2-国内研究发展-3

1.3-论文主要研究内容与结构安排-3

1.3.1-研究内容-3

1.3.2-论文结构-4

第二章  小型无人艇的运动数学模型-4

2.1  无人艇运动坐标系-4

2.2 无人艇平面运动数学方程-6

2.2.1 运动学方程-6

2.2.2 动力学方程-6

2.3 本章小结-8

第三章  小型无人艇控制系统软硬件设计-8

3.1 无人艇远程控制硬件系统-8

3.1.1 硬件电路结构组成-8

3.1.2 硬件电路模块化设计-8

3.1.3 中央处理单元-9

3.1.4 电源系统-10

3.1.5 电机驱动系统-10

3.1.6速度检测系统-11

3.1.7 无线通信系统-12

3.1.8 显示系统-13

3.2 无人艇远程控制软件系统-13

3.2.1 总体程序设计-13

3.2.2 子程序设计-14

3.3 本章小结-15

第四章  小型无人艇远程控制平台的建立-16

4.1 开发环境介绍-16

4.2 图形用户界面设计-16

4.3 本章小结-17

第五章  小型无人艇的运动控制算法-17

5.1 无人艇运动控制需求分析-17

5.2 无人艇航向航迹控制原理-17

5.2.1 航向控制原理-17

5.2.2 航迹控制原理-17

5.3 PID控制理论基础-18

5.3.1 经典PID控制-18

5.3.2 鲁棒PID控制-19

5.4 无人艇直线航迹跟踪仿真-21

5.5 本章小结-23

总结与展望-23

参考文献-25

致    谢-26