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水下机器人运动控制器的设计
资料介绍
水下机器人的应用越来越广,其运动控制的性能是决定水下机器人完成水下作业任务的重要因素,而运动控制的关键是运动控制器的设计。本文以课题组研制的水下机器人为研究对象,研究基于数字信号处理器的水下机器人运动控制器系统,满足水下机器人的水下运动作业需要。
论文首先借鉴国内外水下机器人研究成果,根据总体任务需要,研究了水下机器人总体结构形式,着重确定了水下机器人推进器数量及分布,同时对水下机器人进行详尽的受力分析,确定水下机器人各方向的力和力矩,在此基础上确定运动坐标系,建立了水下机器人运动控制模型。
然后对水下机器人运动控制系统进行设计。根据系统的总体设计要求,确定水下机器人运动控制系统的核心控制器,以此为基础确定系统外围电路,分别建立了水下机器人的驱动系统、姿态采集系统、速度检测系统和深度检测系统。在驱动系统中,以飞思卡尔单片机为核心建立大功率无刷电机运动控制器,实现了五路水下电机的驱动系统;以光纤捷联惯导系统作为姿态采集系统,系统实时为水下控制器提供准确的姿态信息;采用多普勒流速计作为速度检测系统检测器件,与DSP组成速度检测系统;采用深度传感器为检测元件建立深度检测系统。
再次,介绍了模糊控制算法,并基于系统的运动控制模型建立了模糊控制系统,并进行了控制仿真实验,验证方法的正确性和有效性。针对水下机器人受水下干扰的问题,进行了水下机器人静态和动态稳定性分析,确定稳定性判别条件。
最后,搭建试验系统,测试通信系统和运动控制单元,验证系统基本功能,在此基础上进行了水平面航行试验和垂直面航行作业试验,还进行航线设定试,验证运动控制器的有效性和可行性。
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