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《哈尔滨工程大学》 2010年
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水下机器人舵机控制系统设计

吕新昱  
【摘要】: 水下机器人融合机械学、动力学、电子学、控制学、水声学、流体学、通讯学等多种学科知识,是一种非常复杂的多门类学科技术。该水下机器人装有垂向辅助推进器、避碰声纳等装置。 舵机控制系统是水下机器人中重要的执行机构,它的性能好坏直接决定着水下机器人的实时操舵性能。论文分析了目前国内外对于舵机控制系统的研究情况,从提升系统的性能和扩展能力的角度出发,采用了基于FPGA控制器的舵机控制系统。控制系统主要分为总线接口单元、脉冲输出单元、位置反馈单元和数字IO单元四个部分。论文的主要研究工作如下: 首先,分析了舵机控制系统的设计要求,制定了以FPGA控制器为核心的设计方案。根据水下机器人对于通信的速率及可靠性的要求,工控机和各板卡间的通信采用PC/104总线。 其次,论文重点阐述了舵机控制系统的软硬件设计原理,主要包括以FPGA控制器为核心的各控制模块的设计。论文对于器件的选型、各单元电路的设计、控制原理以及控制算法都进行了详尽的说明。系统采用一种软件硬化的设计思路,应用了Verilog HDL硬件语言,该语言较容易理解,使得系统的实时性得到了保证。 最后,通过Quartus和Protel DXP等电子设计自动化开发工具完成嵌入式软硬件系统的设计及仿真验证; 本系统设计采用FPGA+Verilog HDL+EDA工具构成的数字系统现场集成技术,该技术具有操作灵活、利用广泛以及价廉等特点。整个系统设计采用了全数字化的控制方案,使系统更加紧凑、更加合理以及经济节约。由于系统的全数字化,使得整个系统运行变得十分可靠,极大地提高了系统的实时性能及抗干扰性。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:U664.36

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 李金林;水下机器人—机械手结构设计及自适应神经网络控制研究[D];哈尔滨工程大学;2018年
2 孔鲁;水下高速航行体深度控制及半实物仿真技术研究[D];哈尔滨工程大学;2015年
3 任韦;水下高速航行体舵机控制系统设计[D];哈尔滨工程大学;2014年
4 盛超;水下机器人运动稳定性控制方法的研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘川;刘景林;;基于Simulink仿真的步进电机闭环控制系统分析[J];测控技术;2009年01期
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 张超;基于DSP的三相混合式步进电机驱动系统设计[D];武汉理工大学;2009年
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3 董荔宁;基于ARM的自主水下航行器舵机控制系统的设计[D];西北工业大学;2007年
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 蔡卫国;武立波;李明智;魏鸿磊;;水下采捕装置运动姿态控制方法研究[J];制造业自动化;2015年23期
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8 张迪;牛通;卢高林;吴万震;梁波;;基于三连杆结构的小角度两轴转台设计[J];测控技术;2015年09期
9 董雷;杨向宇;赵世伟;;基于负载观测器的步进电动机滑模位置控制[J];微特电机;2015年08期
10 韩鸿凌;;基于FPGA的嵌入式处理器与PC/104总线接口实现[J];电测与仪表;2015年S1期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张涛;AUV入坞视觉与电磁波衰减组合导航控制接驳方法与应用试验研究[D];浙江大学;2018年
2 李岳明;多功能自主式水下机器人运动控制研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
3 杜航原;自主式水下航行器同步定位与地图构建算法研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
4 姜大鹏;多水下机器人协调控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
5 张磊;基于Agent的水下机器人运动控制系统体系结构[D];哈尔滨工程大学;2011年
6 高延增;超小型水下机器人关键性能提升技术研究[D];华南理工大学;2010年
7 潘立鑫;水下机器人近水面横遥减摇控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 毕凤阳;欠驱动自主水下航行器的非线性鲁棒控制策略研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 陈然;汽车DCT智能控制及电控单元虚拟试验系统研究[D];重庆大学;2010年
10 毛宇峰;水下机器人系统体系结构及避障控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵航宇;全自动在线式点胶机的研制[D];哈尔滨工业大学;2018年
2 李顺;分布式多轴运动控制器的设计与实现[D];电子科技大学;2018年
3 陈芳琦;体表温度反馈式亚低温治疗系统的研制[D];深圳大学;2017年
4 王景兰;早产儿智能水床控制系统研究[D];江苏科技大学;2017年
5 董雪芳;汽车专用开关寿命实验台控制系统研究[D];长春工业大学;2017年
6 薛更平;水刀切割控制系统的研究与设计[D];广东工业大学;2017年
7 刘文涛;复合型X荧光光谱仪高精度测角仪的自动控制与性能表征[D];中国地质大学(北京);2017年
8 刘鹏;基于ARM-FPGA的EtherCAT总线多轴运动控制系统设计[D];青岛理工大学;2016年
9 孟文峰;基于嵌入式的智能喷漆系统设计[D];吉林大学;2016年
10 于阳;家禽屠宰净膛智能机械手触觉系统的研究[D];华中农业大学;2016年
【同被引文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 高丽梅;CO浓度和能见度检测系统的研究[D];浙江大学;2013年
2 赵利娜;水下高速航行体系统建模与仿真技术研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
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4 彭生全;水下机器人—机械手系统运动规划与控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
5 王亚猛;水液压驱动的水下机械臂PWM鲁棒控制研究[D];华中科技大学;2011年
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7 张永攀;水下高速航行体控制系统研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2011年
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9 徐长密;水下机器人—机械手系统动力学建模及运动控制研究[D];中国海洋大学;2010年
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【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 钟振东;球形两栖机器人的特性评价[D];天津理工大学;2016年
2 万富;球形两栖机器人系统研究[D];天津理工大学;2015年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李晔;常文田;孙玉山;苏玉民;;自治水下机器人的研发现状与展望[J];机器人技术与应用;2007年01期
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10 成巍 ,苏玉民 ,秦再白 ,万磊 ,徐玉如;一种仿生水下机器人的研究进展[J];船舶工程;2004年01期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 于华男;开架式水下机器人辨识与控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王晓丹;基于单片机的步进电机细分驱动系统的研究[D];中南大学;2008年
2 郭清风;永磁同步电机磁极位置检测技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
3 李秀红;高细分新型步进电机驱动系统设计[D];哈尔滨工业大学;2007年
4 吴卫安;永磁同步电机调速系统研究[D];华中科技大学;2007年
5 卜青;交流永磁同步电机伺服系统设计及仿真研究[D];华中科技大学;2007年
6 陈强;三相混合式步进电机细分驱动研究[D];华中科技大学;2007年
7 王盈;步进电机的细分驱动及动态性能仿真[D];大连交通大学;2007年
8 刘爱萍;基于C8051F005单片机的两相混合式直线步进电机驱动系统的设计[D];内蒙古农业大学;2007年
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10 廖永忠;基于DSP运动控制卡及控制算法的设计与研究[D];湖南师范大学;2006年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨明;程磊;黄卫华;吴斌华;;基于光电管寻迹的智能车舵机控制[J];光电技术应用;2007年01期
2 朱沛洪;张昆峰;;基于G105的舵机控制系统实现[J];航空兵器;2012年03期
3 刘沛尧;彭舒岗;李建民;吴柯锐;;数字舵机精确控制方法研究与实现[J];计算机测量与控制;2014年07期
4 何苗;吴永刚;陈金花;;基于STM32的数字舵机控制系统[J];水雷战与舰船防护;2015年01期
5 王倩;李冬雪;;基于FPGA的机器人多路舵机控制器[J];科学技术与工程;2009年11期
6 安斌;贺峰;;无人飞行器数字舵机控制系统设计与应用[J];测控技术;2011年07期
7 刘兴中;唐德宇;郑自伟;刘雄;张显亭;;一种四轴舵机控制系统关键技术研究[J];微电机;2011年10期
8 李晓光;张丽杰;常佶;;基于方舟GT2000舵机控制系统的设计[J];微计算机信息;2008年08期
9 曾胜斌;林少芬;江小霞;;基于马尔可夫过程的舵机控制系统可靠性分析[J];船海工程;2009年04期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王宗培;;步进电动机[A];电气技术发展综述[C];2004年
2 祝惠一;周忆;陈文胜;;高功率密度船舶舵机动态特性优化设计[A];2010年重庆市机械工程学会学术年会论文集[C];2010年
3 祝惠一;周忆;陈文胜;;高功率密度船舶舵机动态特性优化设计[A];2010全国机械装备先进制造技术(广州)高峰论坛论文汇编[C];2010年
4 傅晓云;黎飞;李宝仁;;某水下航行器舵机液压伺服系统建模仿真[A];中国机械工程学会流体传动与控制分会第六届全国流体传动与控制学术会议论文集[C];2010年
5 廖金军;李宝仁;;舵机电液伺服调节器水击仿真研究[A];中国机械工程学会流体传动与控制分会第六届全国流体传动与控制学术会议论文集[C];2010年
6 慕香永;裴润;刘志林;王经甫;;基于小波分析的船舶舵机加载系统多余力研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 张燕;董新民;;某型系列飞机电传操纵系统便携式模拟舵机的软件设计与实现[A];中国航空学会控制与应用第十二届学术年会论文集[C];2006年
8 夏岩;;浅议步进电动机的特点及应用[A];基础教育理论研究成果荟萃(中)[C];2006年
9 胡亚冰;苏华昌;丁富海;;一种水下舵机动刚度试验方法[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年
10 纪建伟;项士海;;基于插补算法的大扭矩数字舵机调速方法研究[A];第十三届沈阳科学学术年会论文集(理工农医)[C];2016年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 成都 解蒙;步进电动机与单片机控制(一)[N];电子报;2004年
2 成都 解蒙;步进电动机与单片机控制(二)[N];电子报;2004年
3 记者 李琴;瞄准“高大上”我国舵机研制再上层楼[N];中国船舶报;2016年
4 袁志勇 刘涛;小舵机为飞行器“减负”[N];中国航天报;2014年
5 刘伊婷;步进电动机质量合格率为87.5%[N];中国质量报;2007年
6 本报记者 石珊珊;两步进电动机生产厂商登上质检总局“黑名单”[N];机电商报;2007年
7 成都 解蒙;步进电动机与单片机控制(三)[N];电子报;2004年
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9 记者 周升友;规范生产安装 让舵机不再失灵[N];中国船舶报;2012年
10 特约记者 田安贵 通讯员 杨谕融;“尖刀班”吹响“冲锋号”[N];中国航天报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前4条
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2 徐巧宁;基于不确定模型的船舶舵机电液伺服系统故障诊断研究[D];浙江大学;2015年
3 崔业兵;制导火箭弹固定鸭式舵机滚转控制技术研究[D];南京理工大学;2014年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吕新昱;水下机器人舵机控制系统设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 刘玉刚;一种新型机器人通用舵机的研制[D];武汉工程大学;2014年
3 陈丽霞;稀土永磁球形步进电动机的控制方式研究[D];合肥工业大学;2005年
4 王俊全;弹道修正弹舵机的结构设计和控制[D];南京理工大学;2004年
5 陈泽建;基于LabVIEW的航空舵机测控系统设计[D];西北大学;2018年
6 郑欣苗;航空直线直流步进电动机驱动控制技术的研究[D];西北工业大学;2005年
7 冀溥;飞机燃油控制系统用混合式步进电动机系统的研究[D];山东大学;2005年
8 牛华;二相混合式直线步进电动机的静态分析及动态仿真[D];太原理工大学;2003年
9 陈士进;三相混合式步进电动机系统的研究[D];南京航空航天大学;2008年
10 石代录;M公司B型舵机研制条件建设项目可行性研究[D];南京理工大学;2011年
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