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水下作业平台运动显控系统设计与实现

水下作业平台运动显控系统设计与实现

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作者：李文强江汉大学

学位级别：硕士

随着海洋探索与资源开发需求的日益增长,水下作业平台在海洋调查、水声研究、海底资源勘探、海洋生态研究、海底光缆/电缆维护、水下考古、水下救生及打捞等领域得到了广泛的应用。由于在海洋中受到洋流、重力浮力、脐带缆线作用力等影... 详细信息

随着海洋探索与资源开发需求的日益增长,水下作业平台在海洋调查、水声研究、海底资源勘探、海洋生态研究、海底光缆/电缆维护、水下考古、水下救生及打捞等领域得到了广泛的应用。由于在海洋中受到洋流、重力浮力、脐带缆线作用力等影响,水下作业平台作业环境十分复杂,因此对水下作业平台运动控制的研究非常重要。水下作业平台运动显控系统是一种用于控制和操作水下机器人的软件系统,主要用于控制机器人的移动、姿态、传感器数据采集、数据传输等功能。本文设计了一款水下作业平台运动显控系统,具有数据传输、解析、存储、实时控制与运动状态显示、多传感器数据融合故障预测等功能。本文主要完成以下工作:(1)设计水下作业平台运动显控系统总体架构,确定系统实施方案。根据水下作业平台的实际作业需求,对平台的下潜、调平和上浮进行全局规划,接收来自水上主控单元的承载平台和子平台状态数据,通过平台运动显控系统的显示界面完成承载平台和子平台运动状态的实时显示,运动状态检测与预测,以及软操作控制指令下达等任务。(2)针对水下作业平台工作环境的复杂性,提出了基于ResNet-GRU多传感器数据融合故障预测算法。以变频控制器为例,对其各个温度传感器数据用加权均值滤波的方法进行数据融合,将融合值放入ResNet-GRU模型进行训练,利用训练好的模型对艏左变频器工作状态进行预测,通过与BP神经网络模型和ResNet网络模型的实验对比,采用ResNet-GRU模型平均准确率达到99.73%,实现了水下作业平台运动显控系统故障预测功能。(3)针对水下作业平台显控系统实际设计需求,在遵循UI界面设计准则的基础上利用WinForm框架完成了软件界面的设计和优化,合理设计人机交互和分配人机功能,提高了显控系统的智能度和友好度,并增强整体系统的人机交互效率。通过图形化界面,可以直观了解平台各个子系统的状态和性能,实现了实时控制与运动状态显示、用户身份验证、数据库存储和多传感器数据融合故障预测等功能。(4)最后搭建了半实物仿真测试平台,对运动显控系统进行系统测试,操作人员通过上位机控制平台可以实现水下作业平台定深、定艏与定艉等运动控制,通过监视器可以实时监控水下平台姿态、位置等状态,控制界面可以实时显示采集到的多传感器数据。测试结果表明,运动显控系统的界面和控制都能够正常工作和响应,各功能模块能够满足设计要求,达到预期的性能指标,并且能够稳定地运行和有效地利用资源。

关键词：水下作业平台运动显控系统多传感器数据融合 ResNet-GRU WinForm

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