电能驱动水下滑翔器控制系统的设计

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1、中文摘要水下滑翔器(underwatergliders)是一种新型的水下机器人，它可作为海洋监测仪器的搭载平台，是获取海洋监测数据的重要装备。使用电能作为驱动能源工作的水下滑翔器，工作可靠、适用范围广，而且现在技术较为成熟，在海洋科研与军事领域都具有广阔的发展前景。本文首先对电能驱动的水下滑翔器作了总体的概述，介绍了水下滑翔器的工作原理、系统组成结构及各个部分的设计、动力学模型理论的推导等。在此基础上，本文对电能驱动的水下滑翔器控制系统进行了设计和研究。首先确定总体控制体系，基于对各种控制方式的比较以及实验室的技术储备，我们选择了

2、基于CAN总线的分布式控制系统，给出了CAN总线的应用细节。接着详细介绍了水下滑翔器执行层伺服控制系统的设计与实现，基于PHILIPS公司的P87C591微处理器(自带CAN接1：3)的硬件电路及相应的具有不同功能的软件设计，可靠地控制执行部件的工作。最后对水下滑翔器的控制与通信软件体系及控制策略进行了研究，包括控制与通信的总体程序结构与功能的研究、PID程序的设计及水下滑翔器导航与控制策略的研究。论文最后介绍了控制部分系统软硬件实验室单元调试，调试结果验证了伺服电机在无水条件下可以正常实现功能，也初步说明了执行层控制的可行性；在

3、使用Matlab对水下滑翔器的部分性能进行的动态仿真与计算的基础上，得到了重要的控制数据。关键词：水下滑翔器，CAN总线，P87C591微处理器，PID控制ABSTRACTUnderwatergliderisanewkindofunderwatervehicle．Asalloceanmonitoringinstruments，itisanimportantequipmentforobtainingoceanenvironmentaldata．Underwatergliderspoweredbyelectricitycarlbeus

4、edbroadlyinoceanresearchandmilitaryfieldbecauseoftheirreliablecapability,andwideapplications．Firstly,thesummaryofunderwatergliderspoweredbyelectricityisintroducedandthentheirworkprinciple，thesystemorgansdesign，dynamicmodereasoningetearealsoperformed．Basedontheworkabov

5、e，thecontrolsystemoftheunderwatergliderspoweredbyelectricityisdeveloped．First，thebasalsystemisdecided．Fromtheviewpointofallcontrolmethodsandourlab’Stechnology,wechosethedistributedcontrolsystembasedonCANbus．ThedetailsofCANbusapplicationarealsopresented．Then，weintroduc

6、ethedesignandimplementationoftheservocontrolsysteminexecutionlayerindetail，includingthehardwarecircuitdesignbasedonP87C591micro-processorwhichhasCANinterfaceandisproducedbyPHILIPSandalsothedifferentfunctionalsoftwaredesign．Itcallcontroltheworkoftheimplementationcompon

7、entsreliably．Intheendofthispart,theresearchonthesoftwaredesignaboutthecontrolandcommunicationareconducted,alsothecontrolalgorithmofthegliders．Thisresearchincludesthefunctionsandconstructionsoftheprogram，thePIDprogramandcontrolalgorithm．Intheend，theunitexperimentswhich

8、havebeendonebothinsoftwareandhardwaretoverifywhethertheservomotorcanworkwellornotinthelandaleconducted．Itisshownthattheexecu