【文章內(nèi)容簡介】 起來。在使用加速鍵、對話框、菜單、字符串時，如果需要對多個項目作同一修改，可以選擇所有要改的項目，然后選擇“View︱Properties” 菜單命令，在 Properties 對話框中一次完成多個項的值的更改。(8)文本編輯器Find in Files 命令支持兩個獨立的輸出窗格，可以保存上一次搜索結(jié)果。以上這些新的特性可以更好地利用 Visual C++ 開發(fā)工具進行 Window應(yīng)用程序開發(fā)。 Visual C++ 主框架窗口Visual C++ 是一種集成開發(fā)環(huán)境 （Integrated Development Environment， IDE），它擁有友好的可視化界面。從開始菜單中啟動 Microsoft Visual C++ ，將進入 IDE 的主窗口。默認(rèn)的主窗口由標(biāo)題欄、菜單欄、工具欄、工作區(qū)窗口、代碼編輯客戶區(qū)、輸出窗口和狀態(tài)欄等幾個部分組成，下面將分別加以介紹 [2]。標(biāo)題欄菜單欄本科畢業(yè)設(shè)計論文5 圖 11 Visual C++ 主窗口（1）標(biāo)題欄標(biāo)題欄一般包括：項目名稱、 （最小化）、 （最大化）/ （還原）和 （關(guān)閉）按鈕。（2）菜單欄菜單欄幾乎包含了所有開發(fā)環(huán)境中的所有操作功能，其所涉及到的操作主要有文件控制、文本編輯、視圖查看、工程設(shè)置、編譯調(diào)試和工具選項等功能。（3）工具欄工具欄中包括菜單欄中的一些命令，使用起來更快捷方便。（4）項目工作區(qū)項目工作區(qū)是 Visual C++ 開發(fā)環(huán)境的一個最重要的組成部分，大部分開發(fā)工作都在該工作區(qū)中完成。項目工作區(qū)用來組織項目、元素以及項目信息在屏幕上出現(xiàn)的方式。在一個項目工作區(qū)中，可以處理： Ⅰ 一個工程和它所包含的文件。 Ⅱ 一個工程的子工程 。 Ⅲ 多個相互獨立的工程。 Ⅳ 多個相互依賴的工程。項目工作區(qū)以窗口方式組織項目、文件和項目設(shè)置。單擊項目工作區(qū)底部的標(biāo)簽可以從一個視圖切換到另一個視圖，而每個視圖都是按層次方式組織的。工具欄項目工作區(qū) 文檔窗口輸出窗口 狀態(tài)欄本科畢業(yè)設(shè)計論文6項目工作區(qū)總共包含 3 種視圖，分別為 Class View （類視圖）、File View （文件視圖）和 Resources View （資源視圖）。（5）文檔窗口 文檔窗口顯示源文件、資源文件、文檔文件的程序代碼。（6）輸出窗口 輸出窗口位于整個主窗口的下方，主要包括了編譯和連接、代碼調(diào)試、在文件中查找、結(jié)果等輸出信息。（7）狀態(tài)欄 狀態(tài)欄用來顯示當(dāng)前的操作狀態(tài)、注釋、光標(biāo)所在的位置等。 MFC 類庫簡介為了方便程序員編寫 Windows 程序，微軟提供了用于 C++環(huán)境下編寫應(yīng)用程序的框架 MFC，即微軟基礎(chǔ)類（Microsoft Foundation Classes）。MFC 是用做 Windows API 的面向?qū)ο蠓庋b的 C++類庫，對此，微軟做了大量的工作，隱藏了程序開發(fā)人員在 Windows 下用 C++編寫軟件時的大量內(nèi)部細(xì)節(jié)，如應(yīng)用程序消息的處理、設(shè)備環(huán)境繪圖等。Visual C++ 版本的 MFC 中包含了近 200多個類，涉及用戶界面設(shè)計、文件操作、數(shù)據(jù)庫訪問、COM 和 ActiveX 等眾多方面。在進行程序設(shè)計時，可以通過繼承類庫中的已有類，產(chǎn)生更專門、更強大的類庫。正是由于 MFC 編程方法充分利用了面向?qū)ο蠹夹g(shù)的優(yōu)點，使得編程人員在編程時極少需要關(guān)心對象方法的實現(xiàn)細(xì)節(jié)，同時類庫中各種類的強大功能足以完成程序所需的絕大部分功能，因此應(yīng)用程序開發(fā)人員需要編寫的代碼量大大減少，增加了程序的可調(diào)試性。MFC 同時也是一個應(yīng)用程序框架（ Application Framework）。這意味著MFC 不僅僅只是一個類庫，它同時也定義了應(yīng)用程序的框架及應(yīng)用程序一般流程的處理。除此之外，MFC 還提供了比 API 更高層的抽象 [7]。 論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排 本文共分為六個章節(jié)，具體的結(jié)構(gòu)安排如下：第一章，緒論。概要介紹了無人水面船的主要用途以及現(xiàn)如今國內(nèi)外無人水面船研究發(fā)展概況，給出了本文的主要研究目的和意義。最后對無人水面船控制系統(tǒng)上位機軟件開發(fā)平臺 Visual C++ 進行了簡要的概述。 第二章，無人自主水面船運動的數(shù)學(xué)模型。采用矢量參數(shù)的形式建立了無人水面船的運動學(xué)和動力學(xué)模型，根據(jù)無人水面船運動參數(shù)和各坐標(biāo)關(guān)系建立運動學(xué)方程，通過無人水面船所受力和力矩情況建立動力學(xué)方程，最后獲得其簡化的水平面運動方程。 第三章，無人自主水面船硬件控制系統(tǒng)設(shè)計。具體闡述了無人自主水面船本科畢業(yè)設(shè)計論文7控制系統(tǒng)硬件設(shè)計方案，并對各部分硬件的選擇、作用、性能以及功能的實現(xiàn)做了具體的說明。 第四章，無人自主水面船岸上控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計。在這部分，具體闡述了無人自主水面船控制系統(tǒng)上位機軟件的設(shè)計實現(xiàn)過程，并簡要介紹了無人水面船與岸上系統(tǒng)間的通訊方式。 第五章，功能測試與硬件聯(lián)調(diào)。本章對船上控制系統(tǒng)軟件做了簡要的介紹說明，并進行了無人自主水面船控制系統(tǒng)主要功能模塊的測試實驗以及各部分硬件的聯(lián)調(diào)。 第六章，總結(jié)。對論文的研究進行了總結(jié)，分析了整個控制系統(tǒng)的功能，提出有待進一步研究的問題。第二章 無人自主水面船運動的數(shù)學(xué)模型 引言無人自主水面船是一個具有非線性特征的復(fù)雜對象，在水中運動時會受到各種力和力矩的作用，研究其在這些力和力矩作用下的運動規(guī)律，從而建立無人自主水面船數(shù)學(xué)模型，是研究其控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。隨著無人自主水面船航行速度的增加和機動性的提高,無人水面船的運動不再是單純的平面運動,而是一個具有六個自由度的空間運動。本章通過研究無人自主水面船運動參數(shù)與各坐標(biāo)系的關(guān)系，建立了其運動學(xué)模型；根據(jù)牛頓定律建立作為剛體的動力學(xué)模型；通過分析其受力和力矩情況，根據(jù)動量定理和動量矩定理建立無人自主水面船的動力學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上，通過增加簡化條件，建立無人船的水平面運動方程的一般表達(dá)式和簡化式。本科畢業(yè)設(shè)計論文8 坐標(biāo)系及符號 坐標(biāo)系的選擇與定義為了研究無人水面船的運動，應(yīng)選用一些坐標(biāo)系。一般說來，坐標(biāo)系的選擇是任意的，但是，如果坐標(biāo)系選取得當(dāng)，會給討論問題帶來方便。為了描述無人水面船的空間運動，本章主要用到的坐標(biāo)系有 [4]：（1）NED 坐標(biāo)系[N]的平面與地球表面相切， 軸指向地心。{N}坐標(biāo)系相對{E}坐標(biāo)系的位置z用經(jīng)度 、緯度 和高度 表示。為了描述無人水面船的運動，通常將 NED 坐l?h標(biāo)系的原點定義在無人水面船上。 （2）船體坐標(biāo)系[B]船體坐標(biāo)系 以船體上的一點（一般為重心）為原點，一般定義 指向bxyz bx船舶的縱向運動方向， 軸指向船舶的橫向運動方向， 軸與 軸和 軸垂直b bzby且指向下，構(gòu)成為右手坐標(biāo)系。 參數(shù)符號定義、 、 表示無人水面船重心在地面坐標(biāo)系中的三個坐標(biāo)；xyz、 、 表示無人水面船的三個姿態(tài)角，分別為偏航角、俯仰角、橫滾???角；V 表示無人水面船的運動速度矢量，其三個分量為 、 、 ；uvw表示無人水面船的旋轉(zhuǎn)角速度，其三個分量分別為 、 、 ；? pqr表示無人水面船受到的外力，其三個分量為 、 、 ；F xFyz表示無人水面船受到的外力矩，其三個分量分別為 、 、 。T Tz將無人水面船六自由度運動方程中的參數(shù)寫作向量形式：， ，12TT????????1Txyz????2T?????， ，?vV?uvwpqr?， ，TT????F? TxyzF????Txyz????其中， 為廣義坐標(biāo)向量， 為廣義速度向量， 為廣義力向量 。?v? 運動學(xué)模型 無人水面船的歐拉角可以看作是船體坐標(biāo)系通過三次旋轉(zhuǎn)與 NED 坐標(biāo)系形成的夾角。船體坐標(biāo)系分別繞 軸旋轉(zhuǎn)形成橫滾角 ，繞 軸（第一次旋轉(zhuǎn)后bx?39。by本科畢業(yè)設(shè)計論文9的 軸）旋轉(zhuǎn)形成俯仰角 ，繞 （經(jīng)兩次旋轉(zhuǎn)后的 軸）旋轉(zhuǎn)形成航向角by?39。bzbz[10]。? Nxyzbxbybz???B 圖 21 船體坐標(biāo)系與 NED 坐標(biāo)系的關(guān)系通過旋轉(zhuǎn)變換矩陣，可以建立船體坐標(biāo)系到 NED 坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換矩陣：nbR()()coscosinsincosincosinsinizyx????????????? ?? ????? ?R其中， 、 、 分別對應(yīng)繞軸 、 、 旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)變換矩陣。()z?R()y?()x?R39。bz39。ybx船體坐標(biāo)系下的速度與 NED 坐標(biāo)系下的速度的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系為： (21)nbxuyvzw??????????????R歐拉角的一階導(dǎo)數(shù)與角速度向量關(guān)系為：本科畢業(yè)設(shè)計論文10 (22)pqr?????????????????T?其中 1sintacostan0iiee????????????T結(jié)合式(2 1)和式(22) ，建立無人船的運動學(xué)方程 (23)vηJ()?式中， 。{},nbdiag??JRη)T( 動力學(xué)模型為建立無人水面船空間運動的一般方程，作如下基本假設(shè)：以無人水面船為剛體；所在水域的水是靜止的。根據(jù)牛頓定律，可以得到無人水面船在船體坐標(biāo)系下的動量方程和動量矩方程 [3]： (24)(())m?????gg00VωRFIIVωT??式中 是無人水面船重心在船體坐標(biāo)系下的坐標(biāo)， 是無人水T[]ggRxyz? 0I面船相對于船體固定坐標(biāo)原點 的轉(zhuǎn)動慣性矩陣。 O將動量方程和動量矩方程(24)寫成向量形式為： (25)RBRBMv+C()=τ?式中， 為無人水面船在船體坐標(biāo)系下所受外界推力和旋轉(zhuǎn)力矩向量，RBτ為剛體慣性矩陣， 為剛體的哥氏力和向心力矩陣。 MRB(v)無人水面船所受外力和外力矩可寫成 (26)ARBDGEDGE????τMτvC()τ?式中， 為粘性流體阻尼力和升力， 為重力和浮力產(chǎn)生的恢復(fù)力， 為外Dτ Eτ部環(huán)境產(chǎn)生的擾動力， 為控制力和力矩， 為附加質(zhì)量矩陣， 為附加τA()ACV質(zhì)量的哥氏力和向心力矩陣。本科畢業(yè)設(shè)計論文11可得無人水面船的動力學(xué)方程 (27)()()()RBA E????Mv+Cv+Dv+g????整理可得 (28)()()E?g?式中， ， 。RBA?=RBA??vv在上面的動力學(xué)方程中，假定無人水面船所在水域的水是靜止的。在實際情況下，往往需要考慮無人水面船周圍水流的運動。在水流作用下的無人水面船動力學(xué)方程可表示為 (29)()()()()RBArrrE????MvCvCDvg?? ??式中， 表示無人水面船在船體坐標(biāo)系下相對于水流的廣義速度，即 ，rv rc?v表示船體坐標(biāo)系下水流的速度。c 水平面運動方程無人水面船的六自由度空間運動方程是一個非常復(fù)雜的多變量非線性系統(tǒng)。對于船舶，通常忽略其垂直面內(nèi)的運動，只研究其水平面運動。為了得到無人船水平面運動方程，假設(shè)：船體坐標(biāo)系的軸位于無人水面船的慣性主軸上；原點 選在無人船的重心上；船體質(zhì)量分布均勻；忽略無人船升沉、俯仰、橫滾O運動的影響；船體關(guān)于 軸對稱。bx 用廣義坐標(biāo)向量 、廣義速度向量 描述無人??1Ty??η??Tuvr?V水面船的水平面運動，可得水平面運動方程 (210)1()()?RVMCDτ?式中， ， 為慣性矩陣， 為剛體慣性矩陣， 為附加質(zhì)RBA?=RBAM量矩陣， ， 為剛體的哥氏力和向心力矩陣，()()?CV(v)為附加質(zhì)量的哥氏力和向心力矩陣， 為阻尼矩陣。()A V坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣為 cosin0i01??????????R本科畢業(yè)設(shè)計論文12控制輸入矩陣為 ??0TFN?? 本章小結(jié)本章分析了無人自主水面船運動參數(shù)與各坐標(biāo)系之間的關(guān)系，根據(jù)牛頓定律建立了剛體的動力學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上，采用矢量參數(shù)的形式建立了無人水面船的六自由度運動學(xué)和動力學(xué)方程?？紤]到無人水面船的運動主要為水平面運動，垂直面內(nèi)的運動可以忽略，本章最后通過增加簡化條件，建立了無人水面船的水平面運動學(xué)和動力學(xué)模型，為后面的研究提供了數(shù)學(xué)模型。第三章 無人自主水面船硬件控制系統(tǒng)設(shè)計 引言本章主要進行無人自主水面船控制系統(tǒng)硬件整體方案的設(shè)計，對其岸上控制系統(tǒng)硬件和船上控制系統(tǒng)硬件的組成、選擇及工作原理做了分析與研究，并簡要介紹了船上系統(tǒng)與岸上系統(tǒng)之間的進行串口通訊所用到的 RS232C 接口。 無人自主水面船控制系統(tǒng)組成及工作原理 無人自主水面船控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計無人自主水面船控制系統(tǒng)包括船上控制系統(tǒng)和岸上控制系統(tǒng)兩部分。船上控制系統(tǒng)采集各個傳感器的信息、執(zhí)行控制指令等,以 PC104 為硬件平臺、本科畢業(yè)設(shè)計論文13VxWorks 系統(tǒng)為軟件平臺，主要由 PC104 工控機、PHINS、GPS 接收機、推力電機、調(diào)速模塊和無線串口通訊模塊組成；岸上控制系統(tǒng)進行任務(wù)設(shè)定、控制解算、航行信息監(jiān)控等，以 PC 機為硬件平臺、Visual C++為軟件平臺，主要由PC 機和無線串口通訊模塊組成。無線通信岸上控制臺圖