本文關(guān)鍵詞：淺海四浮囊水下滑翔器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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【摘要】：淺海海洋環(huán)境日益惡化,引起人們對(duì)海洋生態(tài)監(jiān)測(cè)的重視。無(wú)人水下滑翔器在海洋開發(fā)中獲得越來(lái)越多的應(yīng)用。傳統(tǒng)水下滑翔器多工作于深海,且機(jī)動(dòng)性和適應(yīng)性一般。本文在此基礎(chǔ)上,首次提出概念并設(shè)計(jì)了一款針對(duì)淺海應(yīng)用的四浮囊水下滑翔器系統(tǒng)樣機(jī),完成控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。實(shí)際試驗(yàn)表明,該樣機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)控制任務(wù)和性能指標(biāo),體現(xiàn)較好的應(yīng)用前景。本文首先提出系統(tǒng)任務(wù)要求,分析工作原理,建立控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型,根據(jù)實(shí)際運(yùn)動(dòng)情形對(duì)模型做出垂直剖面的簡(jiǎn)化,應(yīng)用最小二乘灰箱辨識(shí)法得到俯仰運(yùn)動(dòng)控制傳遞函數(shù),完成參數(shù)估計(jì)和模型驗(yàn)證。根據(jù)模型設(shè)計(jì)水下滑翔器的結(jié)構(gòu),分析能耗。根據(jù)需求設(shè)計(jì)控制電路硬件架構(gòu),實(shí)現(xiàn)以STM32為核心的姿態(tài)主控制板和以STC90C516為核心的滑翔控制執(zhí)行板的硬件平臺(tái)搭建,配合各類傳感器模塊,為控制設(shè)計(jì)打下硬件根基。針對(duì)已辨識(shí)得到的俯仰運(yùn)動(dòng)控制傳遞函數(shù)模型,在MATLAB中進(jìn)行姿態(tài)自適應(yīng)模糊PID控制器設(shè)計(jì)和位置模糊控制器設(shè)計(jì)。仿真結(jié)果顯示,相比于常規(guī)PID控制器,模糊PID控制器具有更好的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度。在KEIL MDK5中完成主程序、控制算法程序、執(zhí)行板程序等的設(shè)計(jì)。最后完成姿態(tài)控制試驗(yàn)和整機(jī)運(yùn)動(dòng)控制試驗(yàn)的研究,試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了算法的有效性�？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)合理,能夠投入到后續(xù)的研究當(dāng)中。
【關(guān)鍵詞】：水下滑翔器 運(yùn)動(dòng)建模 系統(tǒng)辨識(shí) 自適應(yīng)模糊PID
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U664.82;TP273
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 緒論9-13
• 1.1 引言9
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究綜述9-11
• 1.2.1 國(guó)外淺海水下滑翔器發(fā)展概況9-11
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)淺海水下滑翔器發(fā)展概況11
• 1.3 淺海四浮囊水下滑翔器概念的提出11-12
• 1.4 論文研究的主要內(nèi)容12-13
• 第2章 淺海四浮囊水下滑翔器總體設(shè)計(jì)方案13-20
• 2.1 系統(tǒng)任務(wù)要求13-14
• 2.2 系統(tǒng)工作原理14-19
• 2.2.1 四浮囊工作模式14-15
• 2.2.2 單獨(dú)浮囊垂直剖面簡(jiǎn)化工作模式15-17
• 2.2.3 控制策略概述17-19
• 2.3 本章小結(jié)19-20
• 第3章 淺海四浮囊水下滑翔器控制系統(tǒng)建模20-35
• 3.1 四浮囊水下滑翔器運(yùn)動(dòng)建模20-27
• 3.1.1 坐標(biāo)系定義20-21
• 3.1.2 運(yùn)動(dòng)參數(shù)分析與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣21-23
• 3.1.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)建模23-24
• 3.1.4 受力分析與動(dòng)力學(xué)建模24-27
• 3.2 模型的簡(jiǎn)化分析與傳遞函數(shù)辨識(shí)27-34
• 3.2.1 模型的簡(jiǎn)化分析27-28
• 3.2.2 傳遞函數(shù)辨識(shí)28-34
• 3.3 本章小結(jié)34-35
• 第4章 淺海四浮囊水下滑翔器控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)35-53
• 4.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)35-38
• 4.1.1 結(jié)構(gòu)框架35-36
• 4.1.2 浮囊結(jié)構(gòu)36
• 4.1.3 主艙體結(jié)構(gòu)36-38
• 4.2 能耗估算38-40
• 4.3 控制電路板設(shè)計(jì)40-52
• 4.3.1 需求分析與架構(gòu)設(shè)計(jì)40-42
• 4.3.2 器件選型42-48
• 4.3.3 硬件電路設(shè)計(jì)48-52
• 4.4 本章小結(jié)52-53
• 第5章 淺海四浮囊水下滑翔器控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)53-73
• 5.1 運(yùn)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)與仿真53-63
• 5.1.1 姿態(tài)自適應(yīng)模糊PID控制器設(shè)計(jì)與仿真53-61
• 5.1.2 位置模糊控制器設(shè)計(jì)與仿真61-63
• 5.2 軟件開發(fā)流程與程序設(shè)計(jì)63-72
• 5.2.1 軟件開發(fā)平臺(tái)配置63-66
• 5.2.2 主程序設(shè)計(jì)66-67
• 5.2.3 控制算法程序設(shè)計(jì)67-68
• 5.2.4 執(zhí)行板程序設(shè)計(jì)68-69
• 5.2.5 外設(shè)及傳感器程序配置69-72
• 5.3 本章小結(jié)72-73
• 第6章 淺海四浮囊水下滑翔器控制試驗(yàn)研究73-79
• 6.1 姿態(tài)控制試驗(yàn)研究73-76
• 6.1.1 單獨(dú)浮囊垂直剖面俯仰運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)際驗(yàn)證73-75
• 6.1.2 相鄰浮囊夾角剖面俯仰運(yùn)動(dòng)控制的探索75-76
• 6.2 整機(jī)運(yùn)動(dòng)控制試驗(yàn)76-78
• 6.3 本章小結(jié)78-79
• 結(jié)論79-80
• 參考文獻(xiàn)80-83
• 附錄A 姿態(tài)主控制板電路原理圖83-84
• 附錄B 滑翔控制執(zhí)行板電路原理圖84-85
• 致謝85-86
• 作者簡(jiǎn)介86

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