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《中国海洋大学》 2010年
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自主水下机器人能源与动力系统设计

滕学志  
【摘要】:当今世界,随着科学技术的发展,水下机器人在世界范围内的应用领域已经不断扩大,如海洋研究、科学考察、海洋开发和水下工程、海洋环境监测、海洋地球科学数据采集和海底资源调查等方面。作为水下运载技术的重要执行载体,自主水下机器人(AUV)已经成为当前世界各国的研究热点。 本文旨在对能源与动力系统的设计进行研究,首先介绍了系统总的构架与各部分模块功能,说明了能源与动力系统与其他各组成部分的相互联系。然后分别对能源与动力系统的进行了设计,使其可以满足系统各传感器、中央控制机与推进器的能源供给与控制,同时通过底层的电路搭建实现水下各方位的运动控制。 对于自主水下机器人来说,能源系统是其重要的组成部分,能源的选择与设备电源管理的质量将会直接影响到系统的性能和硬件的使用寿命。实时的检测自主水下机器人的状态,也为紧急情况处理模块提供了有利的数据参考,在分析了几种常用的电池后,采用了锂离子电池作为系统的主要能源供给方式。同时文章探讨了一种适用于自主水下机器人的电源管理设计,采用单片机及外围电路实时的对机器人中设备的电压、电流和温度等信息进行全程监控,在出现故障时可以迅速做出相应处理。分析了几种常用的检测电池剩余电量的方法,在结合开路电压与库仑计数法的优点的基础上提出了一种适用于用系统的电池剩余电量检测方法,提高了测量的精确度。 自主水下机器人动力系统的运动控制,也是水下机器人的关键技术之一。随着水下机器人应用范围的扩大,对其自主性,运动控制的精度和稳定性的要求都随之增加。文章将着重于建立较为完善的自主水下机器人控制系统体系结构,首先对自主水下机器人的运动学和动力学进行分析,并根据课题的实际情况和控制器设计的需要对其进行了适当简化,为后续控制系统的设计和研究提供理论依据及向导作用。其次,采用S3C2440处理器搭建底层的控制平台,对采用无刷直流电机的推进器进行控制,将转速信号输出为PWM信号,为了全面改善无刷直流电机调速系统的动、静态性能,电机驱动采用软硬件双闭环设计,外环采用无位置传感器的无刷直流电机控制方案,通过对电机三相电压过零点的检测,采用反电动势法对速度进行调节。内环通过电机自带的传感器反馈信号作用于硬件电路实现电机的正常启动与运行,克服了无位置传感器控制启动上的缺点,同时对电机电流量的反馈,在电机短路、卡死的情况下迅速关断电机,对其进行保护。双闭环提高了系统的稳定性和鲁棒性。对硬件电路进行了设计。控制算法上在分析了传统PID控制与模糊控制的优缺点后,采用模糊自整定PID的控制方案,实时改变PID的参数,从而达到一个良好的动态响应效果。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP242

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 杨青书;基于CAN总线的AUV分布式控制系统设计与实现[D];中国海洋大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【共引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 武心安;未知环境下自主式水下潜器路径规划问题研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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9 张阳;仿人眼的结构原理和关键视觉技术研究[D];浙江大学;2011年
10 林龙信;仿生水下机器人的增强学习控制方法研究[D];国防科学技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王立飞;基于ARM的三相交流异步电动机调速系统研究[D];华中农业大学;2010年
2 赵庆川;锂离子电池组智能管理系统研究[D];山东科技大学;2010年
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10 陈少佳;基于ARM和Linux的采集控制系统设计与实现[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
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1 陈彩蓉;胡飞;;基于DS18B20的温室温度控制系统设计[J];安徽农业科学;2009年36期
2 杨晶;;CAN总线接口电路设计[J];办公自动化;2010年02期
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1 梁金海;基于多智能体的军用智能水下机器人体系结构研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
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【二级参考文献】
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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
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1 杨祖元;电动汽车能量和传动系统性能仿真研究[D];重庆大学;2002年
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6 李晔;多水下机器人实时避碰规划研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
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9 郑杭波;新型电动汽车锂电池管理系统的研究与实现[D];清华大学;2004年
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7 刘红;发掘红薯的启示──《水下机器人》组稿过程[J];科技与出版;2002年01期
8 邹丹,张铭钧,韩志学;水下机器人覆盖式作业区探测方法[J];哈尔滨工程大学学报;2003年04期
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10 奚崇德;;水下机器人[J];船艇;1987年12期
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7 桑恩方 卞红雨;水下机器人为堤坝做B超[N];中国水利报;2005年
8 任馨宇 记者 王春;“海龙号”3500米水下机器人成功用于深海科考[N];科技日报;2009年
9 本报通讯员 戴晓峰 由晓雪 记者 由庆祝;徐玉如的水下机器人情怀[N];中国工业报;2010年
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6 林龙信;仿生水下机器人的增强学习控制方法研究[D];国防科学技术大学;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 梁霄;微小型水下机器人运动控制及可靠性研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
9 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
10 王建国;水下机器人运动控制与故障诊断技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
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3 韩志学;海流作用下水下机器人区域探测规划方法[D];哈尔滨工程大学;2004年
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7 王飞;水下机器人在潜艇附近运动时的水动力计算[D];哈尔滨工程大学;2003年
8 郑曙光;基于模糊、神经网络技术的水下机器人运动控制的研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
9 贾智宏;水下机器人仿真模型及定位系统研究[D];南京理工大学;2004年
10 李鹏;水下机器人导航系统传感器的仿真[D];哈尔滨工程大学;2004年
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