【正文】 em工具箱提供的三相全橋IGBT模塊。圖513 轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線 圖514 轉(zhuǎn)矩響應(yīng)曲線圖515 電流Ia，Ib，Ic波形 圖516 反電動勢Ea, Ea, Ea波形6 結(jié)論 本文在超小型水下機器人的設(shè)計、算法及實驗等方面進行了相關(guān)論述，初步建立了超小型水下機器人基礎(chǔ)智能控制實驗平臺?；贒SP 的水下機器人組合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計[J]，工業(yè)控制計算機。2009，17（4）：672678[4]． 王波，蘇玉民，[J]，系統(tǒng)仿 真學(xué)報。由仿真波形可以看出，在n＝1000r/min的參考轉(zhuǎn)速下，系統(tǒng)響應(yīng)快速且平穩(wěn)，相電流和反電動勢波形較為理想。轉(zhuǎn)子位置和三相參考電流之間的對應(yīng)關(guān)系如表2所示，參考電流模塊的這一功能可通過S函數(shù)編程實現(xiàn)。以第一階段0～π/3為例，A相反電動勢處于正向最大值Em，B相反電動勢處負向最大值Em，C相反電動勢處于換向階段，由正的最大值Em沿斜線規(guī)律變化到負的最大值Em。根據(jù)模塊化建模的思想，將圖3所示的控制系統(tǒng)分割為各個功能獨立的子模塊。尤其以電池組做動力源的水下機器人，都采用直流電機。 我們采用分段線性PID 控制算法，即根據(jù)潛器運行的速度不同采用不同的PID 參數(shù). 離散后的PID控制算法為： (1)潛器在不同的速度下可采用不同的控制參數(shù)值，經(jīng)過試驗即可確定Kp、Ki、Kd ，如果微分項采用( ek ek 1) / T 直接計算，由于采樣周期較短, 因此會產(chǎn)生較大的噪聲信號，進而影響控制效果。其結(jié)構(gòu)框圖如圖33所示。CAN總線是一種多主總線,理論上任何一個節(jié)點都可以作為主節(jié)點。 能源供給方式的選用其能源供給方式有兩種選擇：有纜方式或無纜方式，對于無纜水下機器人能源供給一般在機器人艙體安裝蓄電池或是帶燃油發(fā)電機組，這就造成水下機器人本體體積龐大、超重，此外蓄電池所儲存的能力有限，且受電池質(zhì)量、充電工藝等因素的影響。根據(jù)本水下機器人的使用目的，不需要使用六維運動，只要三個自由度即可，即推進、升沉和轉(zhuǎn)首。2 總體方案設(shè)計 系統(tǒng)組成及工作原理小型水下觀測機器人主要由人機交互平臺、上位系統(tǒng)、下位系統(tǒng)、攝像機四部分組成，操作人員通過有線遙控，結(jié)合人機交互界面上的水下視頻圖像，只需扳動上位系統(tǒng)控制面板上相應(yīng)的運動控制按鈕即可實現(xiàn)對水下機器人的運動控制，操作簡單、實用。自治水下機器人（Autonomous Underwater Vehicles, AUV）,載體采用模塊化設(shè)計思想, 可根據(jù)需要適當增減作業(yè)或傳感器模塊, 載體采用魚雷狀流線外形, 總長約2 m, 外徑25 cm, 基本模塊包括推進器模塊、能源模塊、電子艙模塊、傳感器模塊以及GPS、無線電通訊模塊, 基本傳感器有姿態(tài)傳感器、高度計、深度計和視覺傳感器, 支持光纖通訊, 載體可外掛聲學(xué)設(shè)備, 通過光纖系統(tǒng)進行遙控操作可實現(xiàn)其半自主作業(yè), 也可在預(yù)編程指令下實現(xiàn)自主作業(yè)。其中，具有代表性的產(chǎn)品有：美國Video Ray 公司開發(fā)出的Scout、Explorer、Pro 等系列遙控式水下機器人，美國Seabotix公司研發(fā)的LBVROV 系列，英國ACCESS 公司的ACROV系列。因為機器人在航行時速度不高（4 節(jié)），可以對機器人模型進行線性化及一些簡化。80% 以上采用電機推進器，其余采用油壓電機推進器。設(shè)流體為理想且不可壓縮。將CAN總線的分布式控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于水下機器人中?？偩€末端加124Ω的終端匹配電阻，以減少信號反射干擾[6]。圖41 速度控制經(jīng)用多普勒聲學(xué)測試原理可以獲得水下機器人相對于海底或流層的速度，對速度積分后就可以得到行程，這就是多普勒計程儀的基本原理。中小型水下機器人大多用電動機直接連接螺旋槳。BLDC的運動方程可表示為： (6)由BLDC的電壓方程，可以將其等效地表示為圖52所示的等效電路，BLDC的每相由定子繞組電阻R、電感(LM)及一個反電動勢e串聯(lián)構(gòu)成。因而，本文采用分段線性法建立梯形波反電動勢波形。其中，Kp為PID控制器中比例的參數(shù)，Ki為積分的參數(shù)，Kd為微分的參數(shù)。為了驗證所設(shè)計的BLDC控制系統(tǒng)仿真模型的靜、動態(tài)性能，系統(tǒng)空載起動，待進入穩(wěn)態(tài)后，在t＝＝5N基于CAN 總線的水下機器人執(zhí)行節(jié)點設(shè)計與實現(xiàn)[J] 海洋技術(shù)。2010，31（4）：429469. 邢逾，李偉力，程鵬。介紹的小型自治水下機器人以單主推和舵組合的方式操縱航行，可實現(xiàn)自主定深定向航行。圖512電壓逆變器模塊結(jié)構(gòu)框圖及其封裝 基于Matlab/Simulink建立了BLDC控制系統(tǒng)的仿真模型，并對該模型進行了BLDC雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的仿真。其工作原理是：當給定電流值與反饋電流值的瞬時值之差達到滯環(huán)寬度正邊緣時，逆變器的開關(guān)管VT1導(dǎo)通，開關(guān)管VT4關(guān)斷，電動機接通直流母線的正端，電流開始上升反之，當給定電流值與反饋電流值的瞬時值之差達到滯環(huán)寬度負邊緣時，逆變器的開關(guān)管VT1關(guān)斷，開關(guān)管VT4導(dǎo)通，電動機接通直流母線的負端，電流開始下降。目前求取反電動勢較常用的三種方法為：(1)有限元法，應(yīng)用有限元法求得的反電動勢脈動小，精度高，但方法復(fù)雜、專業(yè)性強、不易推廣。BLDC氣隙磁場感應(yīng)的反電動勢和相電流之間的關(guān)系，如圖51所示。這里A0 為給定矩陣，A 為反饋矩陣，E 為誤差矩陣，H0、P 0 分別為給定的高度和縱傾角，H、P 分別為采集的高度和縱傾角。系統(tǒng)上電后，MSP430F149 微處理器首先進入系統(tǒng)初始化程序，包括時鐘配置、I/O 口的初始化、外設(shè)模塊的初始化等。P1. 0、P1. 1分別對應(yīng)CAN的收(RxDC)和發(fā)(TxDC)線。該控制器可以在超低功耗模式下工作，對環(huán)境和人體的輻射小，可靠性能好，加強電干擾運行不受影響，適應(yīng)工業(yè)級的運行環(huán)境[6]。 采用磁耦合器就是利用電磁力傳遞扭矩，這樣減速器和螺旋槳之間沒有直接的機械聯(lián)系。其中IMU 通過三陀螺儀、三加速度計捷聯(lián)解算后獲得位置、速度、姿態(tài)共9 維信息，通過RS232 串口