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《自主水下航行器建模與控制系統(tǒng)研究開發(fā)》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、中文摘要隨著海洋資源和環(huán)境日益成為當(dāng)今關(guān)注的焦點，以及海洋科研與軍事任務(wù)的迫切需求，90年代以來，自主水下航行器成為全世界研究的熱門課題。本論文是國家“十五”863計劃海洋監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域研究中重要的一部分，研究對象為小型化、模塊式、預(yù)編程自主水下航行器，主要研究內(nèi)容為系統(tǒng)建模和控制。自主水下航行器系統(tǒng)動力學(xué)模型具有很強的非線性特征，本文基于Newton—Euler方程建立了六自由度動力學(xué)模型，并運用解耦和小擾動理論，對模型進行了臺理簡化，將控制系統(tǒng)分解為弱耦合的子系統(tǒng)。基于簡化模型，分別設(shè)計了航速、航向、縱傾和深度的PID控制器，仿真結(jié)果證明
2、了自航行控制系統(tǒng)的魯棒性和穩(wěn)定性。根據(jù)自主水下航行器的組成、功能和任務(wù)，本文對分布式控制結(jié)構(gòu)和基于功能的體系結(jié)構(gòu)進行了研究。在此基礎(chǔ)上，首次將CAN總線應(yīng)用到自主水下航行器控制系統(tǒng)中，并設(shè)計了基于CAN總線的混合一分布式總體控制系統(tǒng)。然后本論文重點針對總體控制系統(tǒng)中最基礎(chǔ)和最重要的執(zhí)行層控制系統(tǒng)進行了總體艦劃和詳細的軟硬件設(shè)計。包括：CAN節(jié)點硬件設(shè)計，航行控制系統(tǒng)，任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)，C與匯編語言混合編寫了通訊程序、數(shù)據(jù)處理與執(zhí)行程序等。最后，針對AUV整機和現(xiàn)場聯(lián)調(diào)試驗量極大的特征，基于VC高級語言編寫了便于檢測和試驗的PC機可視化程序。為了
3、驗證理論與設(shè)計的正確性和有效性，進行了第一階段實體試驗，試驗結(jié)果表明，自主水下航行器動力學(xué)建模、總體及控制系統(tǒng)的設(shè)計思路和設(shè)計方案是正確可行的。關(guān)鍵詞：自主水下航行器，建模，PtD控制器，仿真，控制系統(tǒng)，CAN總線ABSTRACTAstheoceanattractsgreatattentiononresourcesandenvironmentalissuesaSwellasscientificandmilitarytasks，numerousworldwideresearchanddevelopmentactivitieshaveoccur
4、redintheareaofautonomousunderwatervehicles(AUVs)sincethe1990s．Asanimportantpartoftheprojectionofoceanmeasuringtechnologyfieldof‘863’plan—research，thethesisresearchesOnaminiature，modular,preprogrammedAUv-andfocusesonmodelingandconffolsystem．ThemodelofAUViScomplexlynonlinear
5、．BasedonNewton—Euler’Sequations．thethesisdealswiththederivationofageneralsix-degreedynamicmodelforallautonomousunderwatervehicle．ByusingdecouplingandmethodofSNlallperturbation．thegeneralmodelisreasonablysimplified．Thesystemisseparatedintolightlyinteractingsubsystems，andfou
6、rautopilotcontrollersbasedonProportionalIntegratingDifferential(PID)techniquesaredesignedforforwardspeed，steering，pitchanddepthcontr01．Resultsfromsimulationshowrobustperformanceandstabilityfortheautopilot．AccordingtotheAUV’Sconstitution，functionsandtasks，Thedistributedandh
7、ybridcontr01architectureiSstudiedinthethesis．ControllerAreaNet(CAN)iSusedintheAUVfirstly,andahybridanddistributedcontrolarchitectureiSdeveloped．Thentheexecutionlayer,whichiSthe】owestbutmostfundamentalandkeyoneinthecontrolsystemforAUVisgenerallyplannedanddesignedindetail．功e
8、designsincludehardwaresandsoflwares．a(chǎn)sfollowsnavigationcontr01subsystem，executiontasksubs
