水下无人航行器配套旋转式伺服作动器的控制系统设计

发布时间：2021-03-03 00:49

　　水下作业具有危险性、不确定性以及活动空间受限的特点,水下无人航行器（Unmaned Underwater Vehicle,UUV）因其具有体积小、长续航能力、灵活机动和强搭载能力的优势,正在科学考察、民用经济以及军事作战等方面发挥着越来越显著的价值。旋转式作动器是UUV实现天线升降及舵片摆动的驱动机构。由于UUV系统是一个“人难在回路”的复杂自主控制系统,采取有效的控制手段使旋转式作动器实现上面级的指令对提高其安全性及可靠性具有重要意义。本课题立足于哈尔滨工程大学北飒海洋装置与控制技术研究所的某型号UUV项目进行了旋转式作动器控制系统的研制。本文方案设计部分介绍了旋转作动器总体（控制）方案设计、减速机构的设计、软硬件设计等,控制系统采用“位置环”嵌套“速度环”的双闭环PID控制算法,经闭环矢量控制驱动电机按照给定的旋转方向和速度平稳运转,进而实现天线升降。对于产品在深海环境进行长时间工作的工况,进行了有针对性的可靠性设计及核算。最后经过实验及仿真针对两种PWM调制方式的进行了对比论证,得出了对于硬件性能相对饱和的控制工况中（如大负载受控下降过程等）,“双斩”PWM调制的输出更为平稳,可... 

【文章来源】：北方工业大学北京市

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

系统总体方案示意图

8图2-1系统总体方案示意图航行器上的控制系统将功率电、控制电、控制指令(包括输出轴旋转方向和转速大小等)通过水密电缆输送、发送给旋转式作动器。控制驱动器通过RS485总线接收控制系统的位置命令，DSP收集转子位置反馈信号，并将收集的数据信息，通过FPGA软件传递给检测系统。将位置反馈信号与控制命令进行对比，共同进行PID控制，最终完成闭环控制，并输出六路PWM控制信号控制功率电子管的通断，完成电机的位置闭环控制。同时，采集并监控电机的电流信号、电压信号、转子位置信号等，并将信号通过RS485总线反馈给控制系统。系统采用“速度、位置”双闭环控制策略算法，经闭环矢量控制驱动电机按照给定的旋转方向和速度平稳运转，进而实现天线升降。控制系统的原理框图如图2-2所示。图2-2控制系统原理框图

BLDC电机的运行原理框图


本文编号：3060271