本文關鍵詞：圓碟型水下滑翔器運動控制系統(tǒng)設計

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【摘要】：近年來,在海洋檢測和探測領域,水下滑翔器受到了越來越多的關注。而在主流水下滑翔器基礎上設計完成的圓碟型水下滑翔器,因其獨特外形設計,在某些方面具有更優(yōu)良的特性,因而具有廣闊的應用前景。本文根據(jù)圓碟型水下滑翔器性能需求及運動特點,結合實際情況確定了系統(tǒng)的總體控制框架,首次完成了運動控制系統(tǒng)的需求分析和總體設計。首先根據(jù)系統(tǒng)的設計要求,完成了以嵌入式硬件系統(tǒng)為核心的硬件平臺的搭建。系統(tǒng)采用嵌入式微處理器ARM系列的32位處理器,搭載由電子羅盤、加速度傳感器和水深壓力傳感器組成的傳感器單元,通過以ATmega16L單片機為核心的下層板,作用于水泵、電機等執(zhí)行器件,保證了圓碟型水下滑翔器運動控制系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。其次完成了圓碟型水下滑翔器運動控制系統(tǒng)的軟件設計。根據(jù)實際功能要求編寫了基于Keil MDK-ARM的系統(tǒng)軟件設計程序,主要包括主控制程序、數(shù)據(jù)采集程序、IIC通訊程序、PID控制程序、步進電機脈沖發(fā)生程序等。最后,對該運動控制系統(tǒng)進行試驗驗證。完成了各單項測試試驗以及樣機池試試驗。單項測試試驗表明各傳感器滿足控制精度要求,均能正常工作。而整體實物樣機在水池試驗及后續(xù)的數(shù)據(jù)分析表明,圓碟水下滑翔器運動控制系統(tǒng)的設計能夠實現(xiàn)對其基本運動的控制,控制器參數(shù)整定合理,達到了設計目標。
【關鍵詞】：圓碟型水下滑翔器 運動控制系統(tǒng) 嵌入式
【學位授予單位】：大連海事大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U674.941;U664.82
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 引言9
• 1.2 水下滑翔器的發(fā)展現(xiàn)狀9-13
• 1.2.1 水下滑翔器國外發(fā)展現(xiàn)狀9-10
• 1.2.2 水下滑翔器國內發(fā)展現(xiàn)狀10-11
• 1.2.3 碟型水下滑翔器11-13
• 1.3 課題研究的目的與內容13-15
• 第2章 圓碟型水下滑翔器及運動控制15-29
• 2.1 圓碟型水下滑翔器的工作原理15-16
• 2.2 圓碟型水下滑翔器16-20
• 2.2.1 總體結構16-17
• 2.2.2 姿態(tài)調節(jié)結構17-19
• 2.2.3 浮力調節(jié)結構19-20
• 2.3 圓碟型水下滑翔器的運動方程20-21
• 2.4 圓碟型水下滑翔器的運動控制21-28
• 2.4.1 運動方程分析21-22
• 2.4.2 運動控制的特點22-23
• 2.4.3 圓碟型水下滑翔器運動控制23-25
• 2.4.4 控制器比較及設計25-27
• 2.4.5 運動控制系統(tǒng)總體設計27-28
• 2.5 本章小結28-29
• 第3章 圓碟型水下滑翔器運動控制系統(tǒng)硬件設計29-41
• 3.1 運動控制系統(tǒng)的硬件總體設計29-31
• 3.2 控制器單元31
• 3.3 傳感器采集單元設計31-36
• 3.3.1 加速度傳感器32-33
• 3.3.2 電子羅盤33-34
• 3.3.3 壓力傳感器34-35
• 3.3.4 初步數(shù)據(jù)處理器35-36
• 3.4 下層板設計36-37
• 3.5 執(zhí)行器件選型設計37-40
• 3.5.1 步進電機的選型37-39
• 3.5.2 微型水泵的選型39-40
• 3.6 本章小結40-41
• 第4章 圓碟型水下滑翔器運動控制系統(tǒng)軟件設計41-49
• 4.1 系統(tǒng)軟件主程序設計41-43
• 4.2 數(shù)據(jù)采集程序設計43
• 4.3 通訊程序設計43-45
• 4.4 PID控制器設計45-47
• 4.5 電機脈沖產生和命令接收程序設計47-48
• 4.6 本章小結48-49
• 第5章 圓碟型水下滑翔器測試試驗49-64
• 5.1 電子羅盤測試試驗49-50
• 5.2 加速度傳感器測試試驗50-51
• 5.3 壓力傳感器測試試驗51-52
• 5.4 步進電機移動距離測試試驗52-54
• 5.5 配重和調平試驗54-55
• 5.6 樣機池試試驗55-62
• 5.6.1 試驗設計55-57
• 5.6.2 運行狀態(tài)控制及結果分析57-59
• 5.6.3 傾角控制及結果分析59-62
• 5.6.4 PID控制參數(shù)的整定62
• 5.7 本章小結62-64
• 結論64-65
• 參考文獻65-68
• 致謝68

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本文編號：935768