圆碟型水下滑翔器运动控制系统设计

发布时间：2017-09-28 12:12

  本文关键词：圆碟型水下滑翔器运动控制系统设计

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【摘要】：近年来,在海洋检测和探测领域,水下滑翔器受到了越来越多的关注。而在主流水下滑翔器基础上设计完成的圆碟型水下滑翔器,因其独特外形设计,在某些方面具有更优良的特性,因而具有广阔的应用前景。本文根据圆碟型水下滑翔器性能需求及运动特点,结合实际情况确定了系统的总体控制框架,首次完成了运动控制系统的需求分析和总体设计。首先根据系统的设计要求,完成了以嵌入式硬件系统为核心的硬件平台的搭建。系统采用嵌入式微处理器ARM系列的32位处理器,搭载由电子罗盘、加速度传感器和水深压力传感器组成的传感器单元,通过以ATmega16L单片机为核心的下层板,作用于水泵、电机等执行器件,保证了圆碟型水下滑翔器运动控制系统功能的实现。其次完成了圆碟型水下滑翔器运动控制系统的软件设计。根据实际功能要求编写了基于Keil MDK-ARM的系统软件设计程序,主要包括主控制程序、数据采集程序、IIC通讯程序、PID控制程序、步进电机脉冲发生程序等。最后,对该运动控制系统进行试验验证。完成了各单项测试试验以及样机池试试验。单项测试试验表明各传感器满足控制精度要求,均能正常工作。而整体实物样机在水池试验及后续的数据分析表明,圆碟水下滑翔器运动控制系统的设计能够实现对其基本运动的控制,控制器参数整定合理,达到了设计目标。
【关键词】：圆碟型水下滑翔器 运动控制系统 嵌入式
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U674.941;U664.82
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 引言9
• 1.2 水下滑翔器的发展现状9-13
• 1.2.1 水下滑翔器国外发展现状9-10
• 1.2.2 水下滑翔器国内发展现状10-11
• 1.2.3 碟型水下滑翔器11-13
• 1.3 课题研究的目的与内容13-15
• 第2章 圆碟型水下滑翔器及运动控制15-29
• 2.1 圆碟型水下滑翔器的工作原理15-16
• 2.2 圆碟型水下滑翔器16-20
• 2.2.1 总体结构16-17
• 2.2.2 姿态调节结构17-19
• 2.2.3 浮力调节结构19-20
• 2.3 圆碟型水下滑翔器的运动方程20-21
• 2.4 圆碟型水下滑翔器的运动控制21-28
• 2.4.1 运动方程分析21-22
• 2.4.2 运动控制的特点22-23
• 2.4.3 圆碟型水下滑翔器运动控制23-25
• 2.4.4 控制器比较及设计25-27
• 2.4.5 运动控制系统总体设计27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 圆碟型水下滑翔器运动控制系统硬件设计29-41
• 3.1 运动控制系统的硬件总体设计29-31
• 3.2 控制器单元31
• 3.3 传感器采集单元设计31-36
• 3.3.1 加速度传感器32-33
• 3.3.2 电子罗盘33-34
• 3.3.3 压力传感器34-35
• 3.3.4 初步数据处理器35-36
• 3.4 下层板设计36-37
• 3.5 执行器件选型设计37-40
• 3.5.1 步进电机的选型37-39
• 3.5.2 微型水泵的选型39-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第4章 圆碟型水下滑翔器运动控制系统软件设计41-49
• 4.1 系统软件主程序设计41-43
• 4.2 数据采集程序设计43
• 4.3 通讯程序设计43-45
• 4.4 PID控制器设计45-47
• 4.5 电机脉冲产生和命令接收程序设计47-48
• 4.6 本章小结48-49
• 第5章 圆碟型水下滑翔器测试试验49-64
• 5.1 电子罗盘测试试验49-50
• 5.2 加速度传感器测试试验50-51
• 5.3 压力传感器测试试验51-52
• 5.4 步进电机移动距离测试试验52-54
• 5.5 配重和调平试验54-55
• 5.6 样机池试试验55-62
• 5.6.1 试验设计55-57
• 5.6.2 运行状态控制及结果分析57-59
• 5.6.3 倾角控制及结果分析59-62
• 5.6.4 PID控制参数的整定62
• 5.7 本章小结62-64
• 结论64-65
• 参考文献65-68
• 致谢68

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本文编号：935768