水下机器人运动控制器的设计.pdf

分类号:___________ 密级:___________ U D C:___________ 编号:___________ 工学硕士学位论文水下机器人运动控制器的设计硕士研究生:郭志军指导教师:高延滨教授学科、专业:模式识别与智能系统论文主审人:王科俊教授哈尔滨工程大学 2013年3月分类号:___________ 密级:___________ U D C:___________ 编号:___________ 工学硕士学位论文水下机器人运动控制器的设计硕士研究生:郭志军指导教师:高延滨教授学位级别:工学硕士学科、专业:模式识别与智能系统所在单位:自动化学院论文提交日期:2013年1月论文答辩日期:2013年3月学位授予单位:哈尔滨工程大学 Classified Index: : A Dissertation for the Degree of Design on Motion Controller of the Underwater Vehicle Candidate: Guo Zhijun Supervisor: Prof. Gao Yanbin Academic Degree Applied for: Master of Engineering Specialty: Pattern Recognition & Intelligent Systems Date of Submission: Jan. 2013 Date of Oral Examination: March. 2013 University: Harbin Engineering University 哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明:本论文的所有工作,是在导师的指导下,由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出,并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字): 日期: 年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定,即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索,可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文,可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文(□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者(签字): 导师(签字): 日期: 年月日年月日水下机器人运动控制器的设计摘要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。