自主水下機(jī)器人能源與動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、當(dāng)今世界,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,水下機(jī)器人在世界范圍內(nèi)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)不斷擴(kuò)大,如海洋研究、科學(xué)考察、海洋開發(fā)和水下工程、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、海洋地球科學(xué)數(shù)據(jù)采集和海底資源調(diào)查等方面。作為水下運(yùn)載技術(shù)的重要執(zhí)行載體,自主水下機(jī)器人(AUV)已經(jīng)成為當(dāng)前世界各國的研究熱點(diǎn)。
　　 本文旨在對(duì)能源與動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究,首先介紹了系統(tǒng)總的構(gòu)架與各部分模塊功能,說明了能源與動(dòng)力系統(tǒng)與其他各組成部分的相互聯(lián)系。然后分別對(duì)能源與動(dòng)力系統(tǒng)的進(jìn)行了設(shè)

2、計(jì),使其可以滿足系統(tǒng)各傳感器、中央控制機(jī)與推進(jìn)器的能源供給與控制,同時(shí)通過底層的電路搭建實(shí)現(xiàn)水下各方位的運(yùn)動(dòng)控制。
　　 對(duì)于自主水下機(jī)器人來說,能源系統(tǒng)是其重要的組成部分,能源的選擇與設(shè)備電源管理的質(zhì)量將會(huì)直接影響到系統(tǒng)的性能和硬件的使用壽命。實(shí)時(shí)的檢測(cè)自主水下機(jī)器人的狀態(tài),也為緊急情況處理模塊提供了有利的數(shù)據(jù)參考,在分析了幾種常用的電池后,采用了鋰離子電池作為系統(tǒng)的主要能源供給方式。同時(shí)文章探討了一種適用于自主水下機(jī)器人的電

3、源管理設(shè)計(jì),采用單片機(jī)及外圍電路實(shí)時(shí)的對(duì)機(jī)器人中設(shè)備的電壓、電流和溫度等信息進(jìn)行全程監(jiān)控,在出現(xiàn)故障時(shí)可以迅速做出相應(yīng)處理。分析了幾種常用的檢測(cè)電池剩余電量的方法,在結(jié)合開路電壓與庫侖計(jì)數(shù)法的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出了一種適用于用系統(tǒng)的電池剩余電量檢測(cè)方法,提高了測(cè)量的精確度。
　　 自主水下機(jī)器人動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制,也是水下機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著水下機(jī)器人應(yīng)用范圍的擴(kuò)大,對(duì)其自主性,運(yùn)動(dòng)控制的精度和穩(wěn)定性的要求都隨之增加。文章將著

4、重于建立較為完善的自主水下機(jī)器人控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),首先對(duì)自主水下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析,并根據(jù)課題的實(shí)際情況和控制器設(shè)計(jì)的需要對(duì)其進(jìn)行了適當(dāng)簡(jiǎn)化,為后續(xù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究提供理論依據(jù)及向?qū)ё饔谩Ｆ浯?采用S3C2440處理器搭建底層的控制平臺(tái),對(duì)采用無刷直流電機(jī)的推進(jìn)器進(jìn)行控制,將轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出為PWM信號(hào),為了全面改善無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能,電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用軟硬件雙閉環(huán)設(shè)計(jì),外環(huán)采用無位置傳感器的無刷直流電機(jī)控制方案,

5、通過對(duì)電機(jī)三相電壓過零點(diǎn)的檢測(cè),采用反電動(dòng)勢(shì)法對(duì)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。內(nèi)環(huán)通過電機(jī)自帶的傳感器反饋信號(hào)作用于硬件電路實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正常啟動(dòng)與運(yùn)行,克服了無位置傳感器控制啟動(dòng)上的缺點(diǎn),同時(shí)對(duì)電機(jī)電流量的反饋,在電機(jī)短路、卡死的情況下迅速關(guān)斷電機(jī),對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。雙閉環(huán)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性。對(duì)硬件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。控制算法上在分析了傳統(tǒng)PID控制與模糊控制的優(yōu)缺點(diǎn)后,采用模糊自整定PID的控制方案,實(shí)時(shí)改變PID的參數(shù),從而達(dá)到一個(gè)良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)效果