水下航行體姿態(tài)控制力矩陀螺群的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、二十一世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，隨著現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，制造及信息技術(shù)的進(jìn)步，海洋裝備的功能與結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)其控制性能的要求也越來(lái)越高。作為海洋工程裝備的重要組成部分，水下航行體的姿態(tài)控制是其完成作業(yè)任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著航行體作業(yè)任務(wù)的復(fù)雜化，其姿態(tài)控制朝著精度化、深度化和更優(yōu)的操作性能的方向發(fā)展?？刂屏赝勇荩–MG，control moment gyro）是一種角動(dòng)量交換裝置，具有輸出力矩大且連續(xù)平滑，裝置內(nèi)置且不依賴于流體運(yùn)動(dòng)等

2、諸多優(yōu)點(diǎn)。
　　本文設(shè)計(jì)了水下航行體姿態(tài)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)—控制力矩陀螺群（CMGs）控制系統(tǒng)總體方案。對(duì)控制力矩陀螺群機(jī)械結(jié)構(gòu)和工作原理、驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型以及水下航行體姿態(tài)控制要求進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上，分析了控制力矩陀螺群的控制要求，設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)方案，并對(duì)硬件電路與軟件系統(tǒng)兩方面做詳細(xì)設(shè)計(jì)。
　　分析了CMGs工作性能要求，在此基礎(chǔ)上展開(kāi)控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)。論述了基于專用集成電路的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路與下位機(jī)單片機(jī)控制器電路的詳細(xì)設(shè)

3、計(jì)過(guò)程。根據(jù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理和控制需求，分別詳細(xì)設(shè)計(jì)了基于MC33035的無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和基于L298N的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。采用單片機(jī)控制器作為下位機(jī)單獨(dú)控制一組CMG驅(qū)動(dòng)電機(jī)，4組控制器與上位機(jī)PC端采用基于RS-485的多機(jī)通信方式。設(shè)計(jì)了下位機(jī)控制器串口通信、D/A轉(zhuǎn)換、繼電器輸出及數(shù)碼管顯示等電路模塊，以實(shí)現(xiàn)對(duì)CMG的監(jiān)控功能。利用電子設(shè)計(jì)軟件完成了相關(guān)電路的原理圖與PCB圖設(shè)計(jì)，制作了電路板，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)硬件電路。

4、　　根據(jù)CMGs控制原理及控制系統(tǒng)硬件電路，控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分為上位機(jī)監(jiān)控程序和下位機(jī)控制程序。在VC++開(kāi)發(fā)環(huán)境下，設(shè)計(jì)了基于MFC的監(jiān)控應(yīng)用程序，提供友好的人機(jī)交互界面，既可以控制CMGs改變航行體姿態(tài)，也可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)。利用MSCOMM串口通信控件配合單片機(jī)多機(jī)通信模式，實(shí)現(xiàn)了上下位機(jī)多機(jī)通信，自定義通信協(xié)議。下位機(jī)利用定時(shí)器與外部中斷檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過(guò)串口通信反饋至上位機(jī)。
　　對(duì)軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)調(diào)試與聯(lián)合調(diào)試，在完