auv水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧資料
2024-08-12 00:13本頁(yè)面
【正文】 分算子（d/dt）。BLDC氣隙磁場(chǎng)感應(yīng)的反電動(dòng)勢(shì)和相電流之間的關(guān)系，如圖51所示。建立無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真模型，可以有效的節(jié)省控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)間，及時(shí)驗(yàn)證施加于系統(tǒng)的控制算法，觀察系統(tǒng)的控制輸出；同時(shí)可以充分利用計(jì)算機(jī)仿真的優(yōu)越性，人為地改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、加入不同的擾動(dòng)和參數(shù)變化，以便考察系統(tǒng)在不同結(jié)構(gòu)和不同工況下的動(dòng)、靜態(tài)特性[8]。無(wú)刷直流電機(jī)(Brushless DC Motor，以下簡(jiǎn)稱(chēng)BLDC)是隨著電力電子技術(shù)及新型永磁材料的發(fā)展而迅速成熟起來(lái)的一種新型電機(jī)。無(wú)刷直流電機(jī)是近幾年來(lái)隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的一種新型直流電機(jī)，其最大特點(diǎn)是沒(méi)有換向器（整流子）和電刷組成的機(jī)械接觸機(jī)構(gòu)。直流電機(jī)成本低，調(diào)速、控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，而交流電機(jī)需要逆變器把直流變成交流，成本高，系統(tǒng)復(fù)雜。中小型水下機(jī)器人大多用電動(dòng)機(jī)直接連接螺旋槳。5電機(jī)系統(tǒng)仿真 海洋水下機(jī)器人電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)海洋水下機(jī)器人電動(dòng)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)。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(gè)力矩，它被用來(lái)改變AUV 的縱傾角。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。 而縱傾角的變化也常常引起高度或深度的變化。潛器在航行過(guò)程中，其高度或深度的變化通常是在運(yùn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)的。為了避免這種情況的發(fā)生,可采用最小二乘法對(duì)角速度進(jìn)行濾波平滑，然后再求出角速度測(cè)量值，這樣可獲得較好的控制效果。構(gòu)成航行速度閉環(huán)后可以較為精確地控制水下機(jī)器人在海底的航行速度。圖41 速度控制經(jīng)用多普勒聲學(xué)測(cè)試原理可以獲得水下機(jī)器人相對(duì)于海底或流層的速度，對(duì)速度積分后就可以得到行程，這就是多普勒計(jì)程儀的基本原理。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。程序流程圖如圖35 所示。系統(tǒng)上電后，MSP430F149 微處理器首先進(jìn)入系統(tǒng)初始化程序，包括時(shí)鐘配置、I/O 口的初始化、外設(shè)模塊的初始化等。下位系統(tǒng)程序主要完成電機(jī)速度、方向設(shè)定，各傳感器信息的采集，與上位系統(tǒng)的通訊等工作。它采用順序式結(jié)構(gòu)往復(fù)運(yùn)行。圖33 水上控制箱控制系統(tǒng)在該控制系統(tǒng)中采用MSP430F135 作為主處理器，充分應(yīng)用了其內(nèi)部集成的14 路12 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器和串口通訊模塊，操作人員只需通過(guò)設(shè)定控制面板上各按鍵、搖桿，經(jīng)AD 轉(zhuǎn)換，將各模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，經(jīng)串口通訊模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)控制箱對(duì)下位控制系統(tǒng)各推進(jìn)器速度、方向的控制、照明燈的亮度調(diào)節(jié)以及攝像機(jī)云臺(tái)的運(yùn)動(dòng)設(shè)定。其內(nèi)部硬件模塊主要包含主處理器核心模塊和液晶顯示模塊，完成上下位機(jī)間的通訊，視頻圖像、傳感器信息的顯示，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互?？偩€(xiàn)末端加124Ω的終端匹配電阻，以減少信號(hào)反射干擾[6]。使用雙絞線(xiàn)作為傳輸介質(zhì)。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。P1. 0、P1. 1分別對(duì)應(yīng)CAN的收(RxDC)和發(fā)(TxDC)線(xiàn)。P87C591兼容80C51指令集，并成功地集成了Philips公司的SJAl000 CAN控制器，該嵌入式CAN控制器具有以下特點(diǎn)：(1)完全符合CAN 2. 0規(guī)范，控制CAN幀的接收和發(fā)送；(2) CAN接口包含5個(gè)實(shí)現(xiàn)CPU與CAN控制器連接的特殊功能寄存器；(3) CAN控制器的發(fā)送緩沖區(qū)能夠保存一個(gè)完整的CAN信息幀(擴(kuò)展或標(biāo)準(zhǔn)幀)，通過(guò)CPU啟動(dòng)發(fā)送,信息就從發(fā)送緩沖區(qū)傳輸?shù)紺AN內(nèi)核模塊；(4)當(dāng)接收一個(gè)信息時(shí)，CAN內(nèi)核模塊將串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)傳輸?shù)津?yàn)收濾波器,通過(guò)該可編程濾波器， P87C591確認(rèn)接收需要的信息。節(jié)點(diǎn)1與12個(gè)底層節(jié)點(diǎn)根據(jù)應(yīng)用的不同具有不同的功能,但它們都具有與CAN總線(xiàn)通信的能力,上傳數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)。在控制系統(tǒng)中設(shè)置與上位PC機(jī)相連的節(jié)點(diǎn)1為上位節(jié)點(diǎn),其它節(jié)點(diǎn)為底層節(jié)點(diǎn)。如圖31所示。將CAN總線(xiàn)的分布式控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于水下機(jī)器人中。本系統(tǒng)即采用總線(xiàn)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(dòng)器控制和通信模塊控制等)?？偩€(xiàn)型結(jié)構(gòu)的所有節(jié)點(diǎn)都共享一個(gè)公共的物理通道(即總線(xiàn))。該控制器可以在超低功耗模式下工作，對(duì)環(huán)境和人體的輻射小，可靠性能好，加強(qiáng)電干擾運(yùn)行不受影響，適應(yīng)工業(yè)級(jí)的運(yùn)行環(huán)境[6]。在機(jī)器人電子艙內(nèi)安裝有深度計(jì)、溫度計(jì)和數(shù)字式電子羅盤(pán)傳感器，滿(mǎn)足實(shí)際作業(yè)環(huán)境需要，為檢修人員提供了豐富的作業(yè)環(huán)境信息。水下機(jī)器人本體的左右兩邊各安裝2個(gè)主推進(jìn)器，分別由2 個(gè)直流電機(jī)通過(guò)聯(lián)動(dòng)軸與螺旋槳相連，實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；垂直方向安裝有3個(gè)垂推進(jìn)器，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人上升、下沉運(yùn)動(dòng)。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，此機(jī)器人工作所要求的行走距離不是很大，故設(shè)計(jì)時(shí)采用了有纜遠(yuǎn)程遙控方式，這樣既可減小本體尺寸、重量，又保證了控制操作的有效性和可靠性，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)不可預(yù)料的故障時(shí)可通過(guò)纜線(xiàn)撤回安全區(qū)域，不至于丟失。推進(jìn)器工作時(shí)，導(dǎo)管、定子與槳共同沿x 軸負(fù)方向以勻速V0 前進(jìn)，同時(shí)槳葉繞x 軸以等角速度Ω旋轉(zhuǎn)[5]。設(shè)流體為理想且不可壓縮。這樣組成的推力器如圖25所示。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。 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(méi)有直接的機(jī)械聯(lián)系。對(duì)電機(jī)來(lái)說(shuō)，則表現(xiàn)為電機(jī)的空載電流增大（有時(shí)會(huì)增大13倍），這樣的電機(jī)用于推力器，會(huì)使啟動(dòng)電壓升高，從而加重推力器非線(xiàn)性。密封主要有兩種方式，一種是機(jī)械密封，另一種采用磁耦合器。我們選用了五個(gè)直流電機(jī)推進(jìn)器，分別布置在機(jī)器人本體的水平左右兩側(cè)和后部部垂直處，左右推進(jìn)器完成推進(jìn)和轉(zhuǎn)首兩個(gè)動(dòng)作，垂推進(jìn)器完成升沉動(dòng)作。為使水下機(jī)器人在所有六維上的運(yùn)動(dòng)都是可控的，須適當(dāng)選用推進(jìn)器的數(shù)量和給予不同的布置。80% 以上采用電機(jī)推進(jìn)器，其余采用油壓電機(jī)推進(jìn)器。如圖24所示。磁羅盤(pán)可以獲取當(dāng)前載體三維姿態(tài)信息，通過(guò)RS232 串口與導(dǎo)航計(jì)算機(jī)相連，以NEMA0183 格式傳輸信息到導(dǎo)航計(jì)算機(jī)。其中IMU 通過(guò)三陀螺儀
規(guī)章制度相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1