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“海螺一型”ROV控制系统结构与艏向控制技术研究

作　者: 王宇鑫
导　师: 谢英俊
学　校: 浙江大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 水下机器人 控制系统 通信 艏向 闭环控制
分类号: TP242.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 26次
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内容摘要


海洋中蕴藏着丰富的资源,是人类可持续发展的宝贵财富。我国海域辽阔,资源储量巨大,开发、利用海洋资源利国利民。随着科学技术的发展和对海洋开发进程的加快,能够探索水下未知环境并执行特定水下作业任务的水下机器人研究已经成为当前的一个发展热点。在此背景下,本文针对“海螺一型”观测型水下机器人(ROV)进行了关于ROV控制系统结构和ROV艏向控制技术的研究。开发出了一套适用于“海螺一型”观测型ROV的软硬件控制系统,并实现了对ROV的艏向闭环控制。全文分为六章：第一章主要介绍了课题的研究背景,国内外相关研究的发展与现状,ROV运动控制方法,课题研究的目的和意义,以及论文的整体结构和内容等。第二章主要介绍“海螺一型”ROV的结构和动力学模型。从ROV的总体方案,具体结构设计以及推进器布置等方面介绍了“海螺一型”ROV。并且对其动力学模型进行了研究,建立ROV的动力学模型。第三章的主要内容是对“海螺一型”观测型ROV的控制系统的研究。整个控制系统包括上位机系统、下位机系统两部分。文中详细介绍了上位机系统的硬件组成和软件开发；下位机系统中ECU的硬件电路设计与软件设计。第四章介绍了“海螺一型”观测型ROV的传感与通信系统。介绍了ROV上使用的各传感器。通信系统包括了数据信息通信和图像信息通信：数据通信采用RS485串行的数字通信方式,使用自行编写的通信协议；图像信息使用同轴电缆组网传递。第五章主要研究了ROV的艏向控制技术。首先建立ROV艏向闭环控制系统的传递函数,再基于PID控制算法和Simulink仿真,设计了用于艏向闭环的PID控制器,最后通过试验验证控制器的控制性能和调整控制参数。经过试验验证,文中使用的方法可以实现对ROV艏向的闭环控制。第六章为对全文的总结以及对下一步工作的展望。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-13
第1章 绪论  13-23
  1.1 课题研究背景  13
  1.2 国内外研究现状  13-20
    1.2.1 水下机器人的分类与用途  13-14
    1.2.2 水下机器人的发展  14-20
  1.3 ROV运动控制方法概述  20-21
  1.4 课题研究的目的及意义  21-22
  1.5 论文的主要研究内容  22
  1.6 本章小结  22-23
第2章 "海螺一型"ROV的结构与动力学模型  23-33
  2.1 "海螺一型"ROV的结构  23-27
    2.1.1 ROV总体设计方案  23-24
    2.1.2 ROV结构设计  24-25
    2.1.3 ROV推进器布置方案  25-27
  2.2 ROV动力学模型研究  27-30
    2.2.1 参考坐标系  27-28
    2.2.2 动力学模型分析  28-30
  2.3 ROV受力分析  30-32
  2.4 本章小结  32-33
第3章 "海螺一型"ROV控制系统  33-54
  3.1 上位机系统  34-47
    3.1.1 上位机硬件系统  34-36
    3.1.2 上位机软件系统  36-46
    3.1.3 人机界面  46-47
  3.2 下位机系统  47-53
    3.2.1 下位机硬件系统  47-50
    3.2.2 ECU硬件设计  50-52
    3.2.3 ECU软件设计  52-53
  3.3 本章小结  53-54
第4章 "海螺一型"ROV传感与通信系统  54-70
  4.1 "海螺一型"ROV传感器系统  54-58
  4.2 "海螺一型"ROV数据信息通信  58-67
    4.2.1 水下机器人通信技术  58-59
    4.2.2 数字通信方式  59-60
    4.2.3 通信协议  60-62
    4.2.4 通信实现与测试  62-67
  4.3 "海螺一型"ROV图像信息通信  67-69
  4.4 本章小结  69-70
第5章 "海螺一型"ROV艏向控制技术  70-83
  5.1 艏向闭环控制系统研究  70-74
    5.1.1 ROV艏向运动传递函数  70-72
    5.1.2 电机与推进器传递函数  72
    5.1.3 系统传递函数  72-74
  5.2 PID控制器设计  74-77
    5.2.1 PID控制规律  74-75
    5.2.2 PID参数整定与仿真  75-77
  5.3 试验及结果分析  77-81
    5.3.1 ROV运动控制试验  77-80
    5.3.2 试验结果分析  80-81
  5.4 本章小结  81-83
第6章 总结与展望  83-85
  6.1 全文总结  83-84
  6.2 工作展望  84-85
参考文献  85-90
致谢  90

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人 > 专用机器人
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