水下航行器控制系统的研究与设计

发布时间：2023-04-28 15:24

　　AUV作为一种无人驾驶的无缆水下航行器,具有独立的动力源和控制系统,能自主执行复杂海洋环境中的航行任务。与遥控式水下航行器ROV相比,AUV具有成本低、噪声小、下潜深、活动范围大、隐身性能好,突击能力强等优点。因此,从民用方面的水下调查、海洋资源开发、海底工程施工、水下搜救到军用方面的反水雷、水下侦察、水下通讯等方面都有独特的优势和广阔的应用前景。近些年来,随着微电子技术、计算机技术、人工智能技术、小型化导航设备以及控制软硬件技术日新月异,微小型水下航行器已成为各发达国家的海洋技术研究前沿,正朝着系统化、智能化、多功能化、集群化的方向快速发展。基于当前微小型水下航行器的研究现状和水下机器人的运动控制理论,设计了一种新的四旋翼结构的微小型水下航行器,实现了以下功能:(1)航行速度可调;(2)水下航行器能够实现路径追踪;(3)无线信号同步传输。主要完成了以下研究内容:1)基于水下航行器结构设计理论和三维建模软件,完成了AUV的结构建模、装配及布线工作,其结构组成主要包括:4组推进器、丝杠滑台重心调节模块、无线数据传输模块、配重模块、密封舱耐压壳体、球形头部密封端盖、后端盖、刀锋状结构翼片、...

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【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 航行器驱动控制的分类
    1.3 航行器国内外发展现状
        1.3.1 国内发展现状
        1.3.2 国外发展现状
    1.4 课题研究内容
2 水下航行器(AUV)总体设计思路
    2.1 AUV设计简介
        2.1.1 AUV的设计方法与要求
        2.1.2 AUV的结构组成
        2.1.3 总体平衡计算
        2.1.4 总体电控设计
    2.2 驱动电机设计思路
        2.2.1 直流电机数学模型
        2.2.2 直流双闭环斩波调速的原理
        2.2.3 电机驱动步进电机电路
3 AUV模型的建立
    3.1 坐标系与运动参数
    3.2 AUV运动学方程
        3.2.1 惯性水动力的计算
        3.2.2 粘性水动力的计算
    3.3 AUV操纵动力方程
    3.4 艏摇角速度方程
        3.4.1 螺旋桨模型
        3.4.2 艏摇角速度方程
    3.5 AUV数学模型的建立
    3.6 AUV模型的仿真及分析
4 AUV路径跟踪仿真研究
    4.1 GPS应用原理
    4.2 输入输出变量的计算
        4.2.1 角度误差的计算
        4.2.2 距离误差的计算
        4.2.3 电机转速的计算
    4.3 模糊控制器的设计
        4.3.1 语言变量的模糊化
        4.3.2 模糊控制算法和模糊判决的设计
    4.4 自校正的PID预测计算机控制算法
        4.4.1 PID控制算法建立
        4.4.2 PID仿真模型分析
5 AUV实施方案
    5.1 AUV硬件IC芯片设计
    5.2 主要硬件模块电路设计
        5.2.1 电机驱动
        5.2.2 GPS和 WIFI
        5.2.3 RF无线数传模块
        5.2.4 传感器电路
    5.3 AUV软件系统设计
        5.3.1 驱动程序
        5.3.2 无线传输程序
        5.3.3 主控程序
    5.4 控制系统仿真软件
6 水上实验及其结论
7 论文展望
参考文献
致谢
学术成果



本文编号：3804067