摘要：无人艇具有响应迅速、灵活性和机动性都很强的特点，它能够高智能的在水上运动，去执行各种任务。许多的无人艇已经在水上尽显它们的风采，无人艇优异的性能受到了多国的青睐。尽管我国对无人艇的研究存在时间上的差距和知识与技术经验上的缺乏，但值得欣慰的它们并没有阻止到我国对无人艇的研制，已有许多型号的无人艇相继问世并得到应用。

本次研究的一部分是针对试验控制平台而设计无人艇端的控制，选择控制的芯片的是STM32F103R6，主要实现的功能是无人艇在航行中对信息的采集，包括数字磁罗盘和GPS。以及需要与远端平台进行通信而设计的CAN，当接受到相应控制信号时，最后由油门的电机提供动力航行以及控制方向的电机进行相应的调整控制，实现艏向控制。当无人艇在水面上运动时，存在着最佳的艏向，当它处于最佳艏位置航行时，动力推进器只需要较小的力便能维持住艇位，减少能源的损耗，所以艏向控制器的研究具有重要的意义。在这次设计中主要侧重的则是另一部分，它就是对无人艇的艏向进行相应的控制器设计。先建立坐标系对无人艇运动进行详细分析，依据实际情况和需求将六个自由度简化到三个，再将无人艇的运动与其推进器的推力矩之间的关系求出艏向角与推力矩的传递函数。对于这次的艏向控制器利用的是PID控制方式进行的设计，为了验证这次设计艏向控制器的可行行和它的控制效果，需要在MATLAB软件上进行相应的仿真与分析，最后得出理想的PID控制参数值。

关键词:无人艇，艏向控制，STM32F103R6

目录

摘要

Abstract

第一章 绪  论-1

1.1 研究背景及意义-1

1.2 国内无人艇研究现状-2

1.3 无人艇艏向控制研究概述-3

第二章 平台控制上的无人滑行艇设计-6

2.1 USV试验平台控制概述-6

2.2 无人滑行艇的控制框图-7

2.3 硬件设计-8

2.3.1 供电电路-8

2.3.2 复位电路-8

2.3.3 晶振电路-9

2.3.4 控制芯片STM32F103R6-9

2.3.5 信息采集-10

2.3.6 艏向控制-11

2.3.7 通信模块-13

2.4 软件设计-13

第三章 无人艇艏向控制器的设计-18

3.1 对无人艇运动分析-18

3.2 无人艇运动数学模型-21

3.3 推进器-21

3.4 无人艇艏向运动的传递函数-23

第四章 艏向控制器的实验仿真分析-26

4.1 传递函数进行仿真-26

4.2 在艏向控制器下进行的仿真-27

4.2.1 仿真模型图-27

4.2.2 参数的整定-27

第五章 总结-31

5.1结论-31

5.2经济性-31

5.3安全性-32

5.4社会和环境-32

参考文献-33

致  谢-34