【正文】 基于遺傳算法的自治水下機(jī)器人水動力參數(shù)辨識方法[J]，機(jī)械工程學(xué)報。仿真波形圖514中，突加負(fù)載后，負(fù)載轉(zhuǎn)矩有較大的脈動，這主要是由電流換向和電流滯環(huán)控制器的頻繁切換造成的。圖510轉(zhuǎn)矩計算模塊結(jié)構(gòu)框圖及其封裝根據(jù)運(yùn)動方程式(4)，由電磁轉(zhuǎn)矩、負(fù)載轉(zhuǎn)矩以及摩擦轉(zhuǎn)矩，通過加乘、積分環(huán)節(jié)，即可得到轉(zhuǎn)速信號，求得的轉(zhuǎn)速信號經(jīng)過積分就可得到電機(jī)位置信號，如圖511所示。據(jù)此規(guī)律，可以推得轉(zhuǎn)子位置和反電動勢之間的線性關(guān)系，如表1所示，從而采用分段線性法，解決了在BLDC本體模塊中梯形波反電動勢的求取問題。把這些功能模塊和S函數(shù)相結(jié)合，在Matlab/Simulink中搭建出BLDC控制系統(tǒng)的仿真模型，并實(shí)現(xiàn)雙閉環(huán)的控制算法，圖中各功能模塊的作用與結(jié)構(gòu)簡述如下。通常采用永磁體為轉(zhuǎn)子，沒有激磁損耗，沒有換向火花，沒有無線電干擾，運(yùn)行可靠，維護(hù)簡便。4. 2 深度( 高度) 和縱傾控制深度( 高度) 和縱傾控制又稱為垂直面的控制。 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計上位系統(tǒng)程序主要完成系統(tǒng)上電初始化，控制面板各按鍵、搖桿信息的采集，液晶模塊顯示，與下位系統(tǒng)的通訊等工作。PC機(jī)通過串口與節(jié)點(diǎn)1上的CPU通信, CPU再與CAN收發(fā)器通信,實(shí)現(xiàn)信息在CAN總線上的發(fā)送與接收。3 控制系統(tǒng)設(shè)計 水下機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計主要包含主處理器核心模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、傳感器模塊和視頻切換模塊等，實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人推進(jìn)器的動力驅(qū)動、上下位機(jī)的通訊以及視頻圖像的切換等。 推力器的組成 推力器是由電機(jī)和螺旋槳組成的，水下機(jī)器人用的電機(jī)需要密封。 但單獨(dú)使用很難滿足水下航行所需的導(dǎo)航精度與定位要求，僅靠提高慣性傳感器的性能來提高的導(dǎo)航、定位精度是非常有限的。它具有開放式、模塊化的體系結(jié)構(gòu)和多種控制方式（自主/半自主/遙控），自帶能源。最后展示了它的運(yùn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果。建立的坐標(biāo)系，如圖1 所示。如圖24所示。這樣組成的推力器如圖25所示。本系統(tǒng)即采用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu), 系統(tǒng)采用單片機(jī)作為控制單元完成機(jī)器人控制系統(tǒng)中的各種控制任務(wù)(如傳感器控制、電機(jī)驅(qū)動器控制和通信模塊控制等)。使用雙絞線作為傳輸介質(zhì)。采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、自適應(yīng)控制、PID 控制算法等都可以達(dá)到潛器穩(wěn)定運(yùn)行的目的。5電機(jī)系統(tǒng)仿真 海洋水下機(jī)器人電動機(jī)的特點(diǎn)海洋水下機(jī)器人電動機(jī)除具有不同的電氣性能和結(jié)構(gòu)參數(shù)外, 還必須具備耐海水腐蝕性、耐水壓機(jī)械結(jié)構(gòu)以及可靠的密封結(jié)構(gòu)。電角度內(nèi)，轉(zhuǎn)子的磁阻不隨轉(zhuǎn)子位置的變化而變化，并假定三相繞組對稱，則有：La=Lb=Lc=L,Lab=La=Lba=Lbc=Lca=Lcb=M,Ra=Rb=Rc=R。為一個換向階段，每一相的每一個運(yùn)行階段都可用一段直線進(jìn)行表示，根據(jù)某一時刻的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速信號，確定該時刻各相所處的運(yùn)行狀態(tài)，通過直線方程即可求得反電動勢波形。速度為積分的參數(shù)Kd為微分的參數(shù)。離散PID控制器三個參數(shù)Kp=5，Ki=，Kd=，飽和限幅模塊幅值限定在177。小型自治水下機(jī)器人運(yùn)動控制系統(tǒng)研究[J] 機(jī)械設(shè)計與制造。2007，40（1）：4044[8]．。對推進(jìn)器電機(jī)進(jìn)行了仿真計算分析。m模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖58所示，輸入為三相參考電流和三相實(shí)際電流，輸出為PWM逆變器控制信號。(3)分段線性法，如圖56所示，將一個運(yùn)行周期0360176。 圖51 A相反電動勢和電流波形BLDC三相定子電壓的平衡方程可用以下的狀態(tài)方程表示: (3)式中，ua,ub,uc為三相定子電壓(V)；ea,eb,ec為三相定子的反電動勢(V)；ia,ib,ic為三相定子相電流(A)；La,Lb,Lc為三相定子自感(H)；Lab,Lac,Lba,Lbc,Lca,Lcb為三相定子繞組之間的互感(H)；Ra,Rb,Rc為三相定子繞組的相電阻；p為微分算子（d/dt）。根據(jù)我們以往的工作經(jīng)驗(yàn)，采用自適應(yīng)控制算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法、PID 控制算法等均能達(dá)到相應(yīng)的控制要求，定深控制方法與定高控制方法相似,垂直控制量是一個力矩，它被用來改變AUV 的縱傾角。程序流程圖如圖35 所示。引腳8與地之間的電阻為斜率電阻，其取值決定了系統(tǒng)處于高速方式、斜率控制方式或待機(jī)方式?？偩€型結(jié)構(gòu)的所有節(jié)點(diǎn)都共享一個公共的物理通道(即總線)。采用磁耦合器，推力器的效率略有下降，但性能基本上不受影響。磁羅盤可以獲取當(dāng)前載體三維姿態(tài)信息，通過RS232 串口與導(dǎo)航計算機(jī)相連，以NEMA0183 格式傳輸信息到導(dǎo)航計算機(jī)。圖21 AUV水下機(jī)器人物理模型 微小型水下機(jī)器人動力學(xué)分析，采用鋰電池作為能源，尾部為一對水平舵和一對垂直舵，單槳推進(jìn)，可攜帶慣導(dǎo)設(shè)備、探測聲納、水下攝像機(jī)、深度計等設(shè)備，設(shè)計巡航速度約2 節(jié)。設(shè)計了機(jī)器人的運(yùn)動控制系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中充分考慮了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和操縱性。采用磁羅盤和深度計分別與捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)構(gòu)成的組合量測值作為卡爾曼濾波的量測值， 既可以用精度高的子系統(tǒng)的信息修正慣導(dǎo)誤差， 又可以用慣導(dǎo)對動態(tài)響應(yīng)慢的子系統(tǒng)作補(bǔ)償和校正，從而綜合發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)。機(jī)械密封相對而言比較簡單，但因密封處要承受海水的壓力，其特性因摩擦力的增加而變壞。前變焦攝像機(jī)安裝有垂直方向一維云臺，避免攝像死區(qū)。圖31 CAN 總線通信節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)及接口設(shè)計框圖CAN總線上各節(jié)點(diǎn)可采用Philips公司生產(chǎn)的單片機(jī)P87C591，除完成節(jié)點(diǎn)自身的控制功能外，還實(shí)現(xiàn)了CAN通信接口。運(yùn)行過程中可以被中斷子程序中斷，執(zhí)行完中斷子程序之后返回斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行主程序。一但要求的高度或深度有變化，則必然會引起縱傾角的變化。以其體積小、重量輕、效率高、慣量小和控制精度高等優(yōu)點(diǎn),同時還保留了普通直流電動機(jī)優(yōu)良的機(jī)械特性,廣泛應(yīng)用于伺服控制、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等領(lǐng)域，隨著無刷直流電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，要求控制系統(tǒng)設(shè)計簡易、成本低廉、控制算法合理、開發(fā)周期短。由電壓方程式可得，要獲得三相電流信號ia、ib、ic，必需首先求得三相反電動勢信號ea、eb、ec。根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)過的電角度來求反電動勢，用S函數(shù)編寫。對逆變器的建模，本文采用Simulink的SimPowerSyst