1.2国内外无人艇发展现状及发展趋势

1.2.1外国无人艇发展现状

1.2.2国内无人艇发展现状

1.2.3无人艇的发展趋势

1.3PID控制技术的发展

PID控制是最早发展起来的控制方法中的一种，已有近百年的历史，在工业控制领域的应用非常广泛。在此期间，虽然仍有很多控制算法出现，但是由于PID算法结构简单，并且比例、积分、微分三个部分相对独立，可以在控制中根据需要采用不同的控制组合，因此PID控制仍然被广泛地应用。在长期的应用中，人们对PID技术的应用积累了很多宝贵的经验，并且发展了很多智能化的PID控制技术。

1.3.1专家PID控制

专家PID控制是在传统PID控制的基础上最早开发出的智能PID控制技术，它的实质是根据人们对控制对象和控制规律的认识，即使不知道控制对象的模型，也能通过经验设定PID控制的三个参数，以起到减少或抵消误差的作用[8[9]。

设计专家PID控制的主要思路是，在了解误差变化规律的基础上，根据不同时间段的误差的大小，分段设计对每一个分段的PID控制。因此，专家PID控制的根本思想是分段控制，以达到改善控制精度的效果。

1.3.2模糊PID控制

模糊控制是一种非线性的智能控制方法，它最早的设计思路是模仿人脑思维方式。人脑总是接受不精确和不完整的信息，通过这些已知信息，发挥人的经验和直觉进行逻辑推理。模糊PID控制就是模仿人类的这种思维方式进行工作的，它不需要准确的公式来表示传递函数，也可以没有控制对象的精确数学模型，就可以实现控制过程。

模糊PID控制的实质是用电脑实现人的控制经验，通过将人的控制经验植入模糊控制器中，实现对被控对象的控制。因此模糊PID控制实际上和专家PID控制是相似的，都是在人经验的基础上的控制方式。不同的是专家PID控制是分段的PID控制，模糊PID是模仿人思维的控制方法。

1.3.3神经网络PID控制

神经网络PID控制是通过对人脑神经系统的模拟建立起来的非线性控制系统。人脑是由一个个神经元相互连接形成的，因此神经网络PID也是由人工神经元组成的网络拓扑结构。单个神经元就已经是一个多输入多输出的信息处理单元，若干个神经单元连接成的拓扑结构则功能会更加强大，因此神经网络PID的功能非常强大，控制精度因此也会特别高。

1.4硬件在环仿真

随着科技的进步发展，在各个领域中，人们对于产品的研发要求越来越高，传统的实物研发手段已经不能满足现有的要求，而且成本高、研发周期长。随着仿真技术的发展，在建立模型后，通过计算机仿真的方法进行研发已成为主流研发手段，这种仿真方法被称为硬件在环仿真。

本次设计采用硬件在环仿真的方法，运用STM32开发板代替船舶控制器进行试验，模拟无人艇的航行、对无人艇实现路径跟踪。

1.4.1硬件在环仿真的结构

硬件在环仿真系统主要由三个部分组成：硬件平台、实验管理软件和实时软件模型。

（1）硬件平台主要是以NI公司的产品为主，产品更新速度较快，能够满足大量客户的需求，能够将最新的PC技术用于在环仿真系统。同时，意昂公司开发的小型硬件平台，以低成本、能够重复配置见长。

硬件平台的主要组成部分包括：实时处理器、I/O接口、故障注入单元(FIU), 通信接口、FPGA模块、负载模拟单元、信号调理单元、可编程电源、机柜和分线箱等。

（2）管理软件平台通过以太网与实时处理器相连接，再与其他仿真软件配合，可以扩展其他功能。