基于ARM的自主水下航行器舵机控制系统的设计.pdf

西北工业大学
硕士学位论文
基于ARM的自主水下航行器舵机控制系统的设计
姓名:董荔宁
申请学位级别:硕士
专业:武器系统与运用工程
指导教师:严卫生
20070301
摘要新型自主水下航行器融合机械学、动力学、电子学、控制学、水声学、流体学、通讯学等多种学科知识,是一种非常复杂的多门类学科技术。该航行器装有垂向和侧向辅助推进器、避碰声纳等装置,采用芟呶;〉姆植际娇刂其中,舵机控制系统是自主水下航行器中重要的执行机构,它的性能好坏直接决定着航行器的实时操舵性能。论文分析了目前国内外对于舵机控制系统的研究情况,从提升系统的性能和扩展能力的角度出发,采用了基于度胧轿处理器的舵机控制系统。控制系统主要分为ㄐ诺ピ!⒍婊ピ!/采样单元和中断保护单元四个部分。论文的主要研究工作如下:首先,分析了舵机控制系统的设计要求,制定了以⒋砥魑:诵牡设计方案。根据水下航行器对于通信的速率及可靠性的要求,自动驾驶仪和各节点间的通信采用其次,论文重点阐述了舵机控制系统的软硬件设计原理,主要包括以嵌入式微处理器为核心的各控制模块的设计。论文对于器件的选型、各单元电路的设计、控制原理以及控制算法都进行了详尽的说明。并在软件设计的基础上,使用嵌入式实时操作系统作为扩展应用,使得系统的实时性得到了保证。最后,设计了基于的系统测试平台,在力矩模拟负载器上进行了系统的测试实验,使舵机系统的性能得到了很好的验证。论文的创新点在于将度胧轿⒋砥髯魑6婊目刂坪诵慕峁辜虻ァ可靠易行。相对于传统舵机,该系统采用全数字式控制方式,极大地提高了系统的实时性能及抗干扰性。同时,在系统中的移植,进一步提高了系统的性能及可扩展性。关键词:自主水下航行器、总线、疧甀系统。殖∽芟摺西北工业大学硕士学位论文
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第一章绪论水下航行器概述引言世纪是海洋的世纪,海洋是人类生存和发展的重要领域,是人类向海洋进军的世纪。目前,世界各国面临的不仅是保卫自己的海域,更为重要的是如何开发和利用海洋资源、为本国经济建设服务的问题。现代世界自主水下航行器的发展日新月异、千姿百态,世界各国都取得了长足的发展。水下航行器的研究需要运用到机械学、动力学、电子学、控制学,水声学、流体学、通讯学等多种学科知识,是一种非常复杂的多门类学科技术。水下航行器是一种军民两用的水下载体。它可根据用户的需求,搭载各种不同的仪器和系统,进行江河湖海水底地形地貌探测、海洋环境搜查、搜寻沉船、探矿、江河湖泊及水库堤坝的安全性检查等。水下航行器就是在这样的基础上逐渐发展起来的,并且在海洋的开发领域中发挥着越来越重要的作用。水下航行器是可移动水下探测和水下作业工程装备的统称,可以分为两类:一类是有缆水下航行器,航行器与工作母船之间通过电缆联系,既可以给航行器提供能源,又方便了人对航行器运作的干预****惯上称之为遥控潜器虺。叫泄讨行枰D复闹г峁辜虻ァ⒈阌诳刂疲捎谑艿缆绳的限制,活动范围受到局限;另一类是无缆水下航行器****惯上称为自主式水下航行器,简称叫衅鞅旧硇茉矗凑湛刂瞥绦蛟ざǖ穆肪豆作,不需要母船的支援,活动范围大,但它受到能源的限制,同时结构较为复杂,控制起来也较为困难【薄自主式水下航行器在军事和民用方面拥有广泛的应用价值,发展水下航行器具有重大的军事价值及商业化、产业化前景。军事方面,未来高科技条件下的局部战争的特点是信息战、电子战、远距离精确打击,利用自主水下航行器,可以完成:西北工业大学硕士学位论文
⑶蓖А⑸ǔ椎龋卵埠轿淦鳎汉I显ぞ⒎馑较摺⒏劭冢セ髌苹档薪⒑颓蓖А⑹轮屑掏ㄑ叮河啥喔鏊潞叫衅髯槌伤峦ㄑ锻纭Q笞试纯辈煊肟7ⅰ⒑Q蠡肪呈笨毡浠募嗖狻⒑5椎匦蔚孛驳鞑橛律枋┘觳椋缢陆ㄖ⑺印⑺鹿艿馈⑺碌缋碌龋舵机控制系统是自主水下航行器中重要的执行机构,它的性能好坏直接决定着航行器的实时操舵性能。因此,舵机控制系统也随着航行器的不断发展,取得了长足的进步。由传统的模拟控制,到基于专用目9乜刂疲俚交谇入式系统的数字控制,舵机的实时性能也在不断的提高。际电气和电子工程师协会亩ㄒ澹度胧较低呈恰翱刂啤⒓嗍踊蛘吒ㄖ璞浮琺诱飧龆ㄒ蹇梢钥闯觯度胧较统是硬件和软件的综合体,还可以涵盖机械等附属装置。度胧较低车睦贰⒎⒄购颓魇嵌入式系统的兴起是在年,由就瞥鲇惺芬岳吹谝豢盼⒋砥嵌入式系统最初的应用是基于单片机的,世纪年代单片机的出现使得汽车、家电、工业机器、通信装置以及成千上万种产品可以通过内嵌电子装置获得更佳的实用性能,但这时只是使用弧位的芯片,执行一些单线程的程序,还谈不上“系统”的概念。从世纪年代早期开始,嵌入式系统的程序员开始用商业级的“操作系统”编写嵌入式应用软件,使得开发人员可以进一步缩短开发周期,