一类多自由度模拟运动平台控制系统的研究
发布时间：2022-12-04 09:07
随着我国主要海域的水合物资源勘查逐步进入详查和试开采阶段,探索海底水合物矿体空间分布的准确性要求也越来越高,深拖系统作为探测海底资源的重要工具,对其设计也提出了新的要求。常规弱正浮力型拖体布放与回收过程繁琐,不利于海上作业的开展;而重力型拖体相比弱正浮力型拖体设备操作、维护简单,能够在较复杂的海域工作,但是由于不加装浮力材料,拖体的稳定性较差。因此本文对重力型拖体在近海底运动的稳定性做出分析和试验,由于海底环境过于复杂,所以在不考虑其他干扰因素的情况下,仅针对拖体所受拖缆的影响展开研究,设计并开发出一种多自由度模拟运动平台,用以模拟拖缆的运动,最后通过模拟拖曳过程来测试拖体的各项性能及水下运动的稳定性,为拖体的设计提供帮助。首先建立拖缆的运动模型,分析了拖缆在水下的受力情况,在简化的基础上,用ANSYS对拖缆拖曳点处（拖缆与拖体相连之处）在不同情况下的运动状态进行了仿真。依据对拖缆拖曳点处运动状态仿真结果的分析,设计了以STM32为核心多自由度模拟运动平台控制系统,用此系统来模拟拖缆拖曳点处在不同情况下的运动状态,开发了相关的外围电路,包括通讯模块、供电模块、SWD调试电路、步进电机驱...
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 拖缆运动研究现状
1.2.1 国外拖缆运动研究现状
1.2.2 国内拖缆运动研究现状
1.3 本文研究内容及章节安排
第二章 拖缆动力学模型建立
2.1 坐标系建立及坐标变换
2.2 拖缆的动力平衡方程
2.3 拖缆边界条件的确定
2.3.1 首端的边界条件
2.3.2 尾端的边界条件
2.4 ANSYS仿真
2.4.1 不同拖曳速度时拖缆拖曳点处的姿态
2.4.2 存在扰动时拖缆拖曳点处的姿态
2.5 本章小结
第三章 拖缆运动模拟平台控制系统硬件设计
3.1 模拟运动控制器硬件设计
3.1.1 主芯片选型
3.1.2 各个模块电路设计
3.1.3 电机及驱动器选型
3.1.4 模拟运动平台实物连接图
3.2 深拖拖体模型设计
3.2.1 拖体承重架构的研制
3.2.2 深拖拖体整体水动力设计
3.3 本章小结
第四章 拖缆模拟运动平台控制系统控制算法
4.1 轨迹规划方法研究
4.1.1 S型曲线轨迹规划原理
4.1.2 加减速算法在STM32 中的实现
4.2 控制算法
4.2.1 PID控制
4.2.2 模糊自适应PID控制
4.3 本章小结
第五章 拖缆模拟运动平台控制系统软件设计
5.1 拖缆模拟运动平台控制系统软件架构
5.2 拖缆模拟运动控制系统上位机软件设计
5.3 拖缆模拟运动控制器软件设计
5.3.1 uCOS-III移植
5.3.2 外部接口软件设计
5.3.3 串口通讯协议
5.4 实验结果分析
5.5 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录及研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能工单文件柜的研制[J]. 赵法强,黄李艳,张洪波. 技术与市场. 2019(03)
[2]基于STM32串口通信的车联网终端设计[J]. 罗洋坤. 无线电通信技术. 2018(05)
[3]不同模式下拖缆对水下拖体运动姿态的影响研究[J]. 张大朋,白勇,朱克强. 船舶力学. 2018(08)
[4]我国深海开发利用如何发力[J]. 曾晓光. 中国船检. 2018(04)
[5]基于S型曲线的包装堆垛机器人轨迹规划[J]. 张树刚,赵佳. 包装工程. 2018(01)
[6]高速风洞喷流控制系统设计与实现[J]. 宋孝宇,季军,邓祥东,郭大鹏,李鹏. 测控技术. 2017(11)
[7]海洋拖曳系统的船/缆/体耦合模型研究[J]. 苑志江,金良安,迟卫,蒋晓刚,郑智林. 船舶力学. 2016(10)
[8]基于FPGA的多路信号智能集成测控系统设计[J]. 刘雪亭,许斌. 微型机与应用. 2016(12)
[9]不同Munk矩系数作用下海洋拖曳系统水动力响应分析[J]. 张大朋,朱克强,李园园,牛天鑫,王少鹏. 船舶工程. 2016(04)
[10]基于STM32多步进电机驱动控制系统设计[J]. 廖平,韩伟伟. 仪表技术与传感器. 2016(04)
博士论文
[1]海洋勘探拖曳系统运动仿真与控制技术研究[D]. 王飞.上海交通大学 2007
硕士论文
[1]汽车仪表步进电机控制系统设计与性能分析[D]. 曾勇.武汉科技大学 2018
[2]码垛机器人运动控制器研究[D]. 徐理达.青岛科技大学 2018
[3]机车车载Arcnet网络的应用及其性能研究[D]. 石皓冰.北京交通大学 2017
[4]碳汇植物培养系统环境因子测控技术研究[D]. 于越.东北林业大学 2017
[5]两相混合式步进电机高性能闭环驱动系统研究[D]. 汪全伍.浙江理工大学 2017
[6]基于ARM Cortex-A9 MPCore嵌入式多核操作系统内核研究与实现[D]. 蔡人和.电子科技大学 2016
[7]带缆水下潜器运动仿真与控制研究[D]. 李霄霄.上海交通大学 2016
[8]基于S曲线的数控系统自适应样条插补算法研究[D]. 武晓虎.浙江理工大学 2015
[9]基于STM32F4的码垛机器人运动控制器研究[D]. 何明超.上海交通大学 2015
[10]海底缆线在敷设过程中的张力分析[D]. 杨宁.上海交通大学 2015
本文编号：3707980
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 拖缆运动研究现状
1.2.1 国外拖缆运动研究现状
1.2.2 国内拖缆运动研究现状
1.3 本文研究内容及章节安排
第二章 拖缆动力学模型建立
2.1 坐标系建立及坐标变换
2.2 拖缆的动力平衡方程
2.3 拖缆边界条件的确定
2.3.1 首端的边界条件
2.3.2 尾端的边界条件
2.4 ANSYS仿真
2.4.1 不同拖曳速度时拖缆拖曳点处的姿态
2.4.2 存在扰动时拖缆拖曳点处的姿态
2.5 本章小结
第三章 拖缆运动模拟平台控制系统硬件设计
3.1 模拟运动控制器硬件设计
3.1.1 主芯片选型
3.1.2 各个模块电路设计
3.1.3 电机及驱动器选型
3.1.4 模拟运动平台实物连接图
3.2 深拖拖体模型设计
3.2.1 拖体承重架构的研制
3.2.2 深拖拖体整体水动力设计
3.3 本章小结
第四章 拖缆模拟运动平台控制系统控制算法
4.1 轨迹规划方法研究
4.1.1 S型曲线轨迹规划原理
4.1.2 加减速算法在STM32 中的实现
4.2 控制算法
4.2.1 PID控制
4.2.2 模糊自适应PID控制
4.3 本章小结
第五章 拖缆模拟运动平台控制系统软件设计
5.1 拖缆模拟运动平台控制系统软件架构
5.2 拖缆模拟运动控制系统上位机软件设计
5.3 拖缆模拟运动控制器软件设计
5.3.1 uCOS-III移植
5.3.2 外部接口软件设计
5.3.3 串口通讯协议
5.4 实验结果分析
5.5 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录及研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能工单文件柜的研制[J]. 赵法强,黄李艳,张洪波. 技术与市场. 2019(03)
[2]基于STM32串口通信的车联网终端设计[J]. 罗洋坤. 无线电通信技术. 2018(05)
[3]不同模式下拖缆对水下拖体运动姿态的影响研究[J]. 张大朋,白勇,朱克强. 船舶力学. 2018(08)
[4]我国深海开发利用如何发力[J]. 曾晓光. 中国船检. 2018(04)
[5]基于S型曲线的包装堆垛机器人轨迹规划[J]. 张树刚,赵佳. 包装工程. 2018(01)
[6]高速风洞喷流控制系统设计与实现[J]. 宋孝宇,季军,邓祥东,郭大鹏,李鹏. 测控技术. 2017(11)
[7]海洋拖曳系统的船/缆/体耦合模型研究[J]. 苑志江,金良安,迟卫,蒋晓刚,郑智林. 船舶力学. 2016(10)
[8]基于FPGA的多路信号智能集成测控系统设计[J]. 刘雪亭,许斌. 微型机与应用. 2016(12)
[9]不同Munk矩系数作用下海洋拖曳系统水动力响应分析[J]. 张大朋,朱克强,李园园,牛天鑫,王少鹏. 船舶工程. 2016(04)
[10]基于STM32多步进电机驱动控制系统设计[J]. 廖平,韩伟伟. 仪表技术与传感器. 2016(04)
博士论文
[1]海洋勘探拖曳系统运动仿真与控制技术研究[D]. 王飞.上海交通大学 2007
硕士论文
[1]汽车仪表步进电机控制系统设计与性能分析[D]. 曾勇.武汉科技大学 2018
[2]码垛机器人运动控制器研究[D]. 徐理达.青岛科技大学 2018
[3]机车车载Arcnet网络的应用及其性能研究[D]. 石皓冰.北京交通大学 2017
[4]碳汇植物培养系统环境因子测控技术研究[D]. 于越.东北林业大学 2017
[5]两相混合式步进电机高性能闭环驱动系统研究[D]. 汪全伍.浙江理工大学 2017
[6]基于ARM Cortex-A9 MPCore嵌入式多核操作系统内核研究与实现[D]. 蔡人和.电子科技大学 2016
[7]带缆水下潜器运动仿真与控制研究[D]. 李霄霄.上海交通大学 2016
[8]基于S曲线的数控系统自适应样条插补算法研究[D]. 武晓虎.浙江理工大学 2015
[9]基于STM32F4的码垛机器人运动控制器研究[D]. 何明超.上海交通大学 2015
[10]海底缆线在敷设过程中的张力分析[D]. 杨宁.上海交通大学 2015
本文编号：3707980
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