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深海机械手位置伺服控制研究

琚亮  
【摘要】: 随着海洋开发的日益发展,深海作业已成为许多国家不可缺少的海洋工程项目。能在深海完成实质性的工作的自治式潜器(AUV),在深海危险复杂的环境下无疑具有巨大优势。而深海机械手则是深海自主作业机器人必不可少的执行单元。本文以一台二功能深海机械手为研究对象,开发了一个实时嵌入式控制系统,完成了对机械手关节位置伺服控制的研究。全文主要包括以下几个方面的内容: 首先,在介绍了深海作业机械手的组成结构、分析了其工作原理之后,选择了直流无刷力矩电机驱动方式,并初步建立了机械手关节伺服系统的数学模型。在此基础上,选择了合适的上、下位机两级控制体系结构。 其次,本文在与传统的单片机和DSP控制系统比较之后,分别采用高性能、通用性好的PC104工控机和VxWorks实时操作系统作为机械手控制系统的硬软件开发平台;对通过霍尔传感器测量速度、位置信息的直流无刷力矩电机完成了速度-位置双闭环数字控制器的设计,通过PID和模糊PID两种控制算法实现了机械手关节的位置伺服控制。在保证系统稳定性的前提下,对在外加干扰的情况下的位置跟随效果进行了分析,指出了存在的问题,提出了改进方案。 随后,介绍了模块化的上、下位机监测-控制软件的实现,并重点介绍了霍尔位置反馈和网络通讯的特点。同时,给出了多任务实时控制程序框架和基于Visual C++6.0的上位机监控程序的实现方法。 最后,简要介绍了系统的硬、软件联合调试过程和部分实验结果,论证了设计效果。


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