《超小型水下机器人沉浮系统设计及其控制研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超小型水下机器人沉浮系统设计及其控制研究（79页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、J 二海人学硕上学位论文摘要摘要根据当前水下机器人研究现状、发展趋势以及我国国情，开发适应复杂环境和恶劣条件下作业的特种水下机器人，将是我国发展机器人技术的一个主要方向和内容。随着水下机器入应用领域的不断拓宽，已出现了这样一种需求，即用水下机器人代替人工进行各种水下危险作业，如对近海石油钻井平台水下结构物、防洪大堤、水库大坝、河道船闸、港口设施、近海石油管道、大陆架海底或湖底通讯电缆等的日常检修工作。为此，我们设计一种超小型潜水器。论文主要讨论活塞式沉浮运动系统结构设计及其建模仿真。首先，本文就这种超小型潜水器的总体方案进行了可行性论证，分模块讨论了各主要部件的功能及实现方法。针对水下机器入常
2、用传感定位设备进行了介绍，讨论了传感器的原理、组成。其次，本文详细给出了水下机器人的空间运动标准数学模型、仿真模型。讨论了水动力的特性，以及其对潜器水下运动的阻力影响。在此基础上，考虑实际应用情况，对其作进一步合理简化，得到了便于分析沉浮运动的设计模型，为控制器的设计奠定了基础。接着，本文综合空气压缩式沉浮系统与螺旋桨式沉浮系统的优点，并且结合潜水器体积小、能耗低的特征，设计出一种活塞式沉浮系统。它能使潜水器受力均匀，能在沉浮时保持良好的稳定性。然后，本文利用前面章节建模的结果，建立了沉浮系统的控制模型。并针对系统特性，讨论了数字P I D 控制器及其参数整定方法。经M A T L A B 仿
3、真，实验结果表明，深度控制能够满足要求。最后，本文给出了基于A V R M e g a l 6 单片机的详细硬件和软件设计流程，对主要功能模块进行了阐述，并结合实验对系统调试进行了分析。关镬! 词：超小型水下机器人；沉浮系统：数字P I D ：M e g a l 6圭塑查堂堡主兰焦堡壅垒! ! ! 篓A b s t r a c tA c c o r d i n gt oc u r r e n tr e s e a r c hm e n do fU U V s ( U n m a n n e dU n d e r w a t e rV e h i c l e s )d e v e l o p m
4、 e n ta n dn a t i o n a lc o n d i t i o n so fo u rc o u n t r y ，s p e c i a ls u b m i n iu n d e r w a t e rv e h i c l em e e t i n gt h en e e d so fc o m p l i c a t e de n v i r o n m e n t sa n da b o m i n a b l ec o n d i t i o nw i l lb eam a i nd i r e c t i o ni nC h i n a W i t ht h
5、ew i d e n i n gu s a g e so fU Uv ，m o r ea n dm o r er e q u i r e m e n t sf o c u so nd a i l yi n s p e c t i n ga n dr e p a i r i n gf o rw e l ld r i l l i n gp l a t f o r m ，d a m s ，s h i pl o c k ，p o r ti n s t a l l a t i o n s ，p e t r o lp i p ea n dm a r i n ec a b l e ，S Oa st oc a
6、 r r yo nv a r i o u sk i n d so fd a n g e r o u st a s k si n s t e a do fh u m a n F o rt h e s er e a s o n s ，W ed e s i g nas u b m i n iu n d e r w a t e rv e h i c l e D e t a i l e dd e s c r i p t i o no fm o d e l i n ga n ds i m u l a t i n go ft h i sp i s t o n t y p er i s e a n d f a
7、 l ls y s t e mw i l lb em a i nc o n t e n ti nt h i st h e s i s F i r s to fa l l ，t h ea u t h o rc a r r i e do nf e a s i b l ed e m o n s t r a t i o no nt h eo v e r a l ls c h e m eo ft h i sk i n do fs u b m i n iu n d e r w a t e rv e h i c l e ，t h ef u n c t i o no fc o r r e l a t i v
8、em o d u l ea n dm a i np a r t Si m p l e m e n t a t i o nm e t h o d I n t r o d u c t i o nt ot h eg e n e r a ls e n s o r so fU U v t o g e t h e rw i t ht h ep r i n c i p l e ，c o n s t r u c t i o no f t h es e n s o r sw a sa l s od i s c u s s e d S e c o n d l y , t h i st h e s i sp r o
9、 v i d e ss t a n d a r dm a t h e m a t i c sm o d e l so fs p a c em o v e m e n ta n ds i m u l a t i n gm o d e l so ft h es u b m i n is u b m a r i n ei nd e t a i l H a v i n gd i s c u s s e dt h ec h a r a c t e r i s t i co fw a t e rm o t i v ef o r c ea n di t s i n f l u e n c e so nm o
10、 v e m e n t ，t h ea u t h o rs i m p l i f i e dt h es i m u l a t i n gm o d u l er e a s o n a b l ya n dg o te a s y - t o a n a l y z ed e s i g nm o d e lo fu n d e r w a t e rr o b o t ，w h i c he s t a b l i s h e st h ef o u n d a t i o nf o rt h ed e s i g no ft h ec o n t r o l l e r T h
11、e n ，c o m p a r i n gt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fa i r - c o m p r e s s e d t y p er i s e - a n d f a l ls y s t e ma n ds c r e w - p r o p e l l e r - t y p eo n e ，t h ea u t h o rd e s i g n e dak i n do fp i s t o n - - t y p er i s e - a n d - f a l ls y s t e m
12、c o n s i d e r i n go ft h ec h a r a c t e ro fs m a l ls i z ea n dl o wp o w e rc o n s u m p t i o n I tc a nm a k et h es u b - m i n is u b m a r i n er e c e i v es t r e n g t he v e n l ya n dc a nk e e pg o o ds t a b i l i t yw h i l er i s i n ga n df a l l i n g B a s e do nt h em o d
13、e l i n gr e s u l t si nt h ef r o n t ，t h ea u t h o rb u i l tu pc o n t r o lm o d u l ea n dd i s c u s s e dt h ed i g i t a lP I Dc o n t r o l l e rw i t hi t s a a j u s t i n gm e t h o d S i m u l a t e dt h r o u g hM A T L A B ，t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o wt h a tt h ed
14、e p t hc o n t r o lc a nm e e tt h ee x p e c t e dr e q u i r e m e n t s F i n a l l y , w ed e m o n s t r a t e dt h ed e s i g no fh a r d w a r ea n ds o f t w a r eb a s e do nA V RM e g a l 6M C U K e y w o r d s ：S u b m i n iu n d e r w a t e rv e h i c l e ，r i s e - a n d f a l ls y s t
15、 e m ，d i g i t a lP I D ，M e g a l 6原创性声明本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本论文使用授权说明本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。( 保密的论文在解密后应遵守此规定)期：上以3 、孑上海大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论1 1 引言伴随着人类认识海洋、开发海洋、
16、利用海洋资源和保护海洋资源的进程，水下机器人的研究和发展日趋活跃。同时，随着对资源的日益需求和科学技术水平的不断提高，人类已把海洋作为生存和发展的新领域，海洋的开发与利用已经成为决定一个国家兴衰的基本因素之一，这些都使得使水下机器人具有更加广阔的应用前景。水下机器人设计是一项综合性的复杂工程，技术密集度高，是公认的高科技，它的研制水平体现了一个国家的综合技术力量。2 1 世纪将是水下机器人广泛应用的世纠”。在海洋工程界，水下机器人通常称为潜水器( U n d e r w a t e r V e h i c l e s ) 。本文从控制技术的角度把水下机器人分成三大类图l 一1 水下机器人的分类1 2 水下机器人现状及其发展趋势2 0 世纪后半期是水下机器人诞生、发展和走向应用的时期，近十多年来各类水下机器人技术均有长足的进步。R O V 能通过电缆不断地得到能源，因此能源不是其制约因素，同时，人亦能通过电缆对R O V 进行遥控。人的介入方面使许多复杂的控制技术得到了简化，另方面也增强了R O V 的功
