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基于DSP的水下机器人嵌入式控制系统设计

史文韬  
【摘要】: 随着人类对海洋探索的不断深入,作为人类探索和开发海洋的助手,水下机器人技术得到了迅猛的发展。水下机器人的运动控制性能,是决定水下机器人是否能良好的完成工作的重要因素。本文开发的运动控制系统就是以水下机器人为工作载体,完成了水下机器人运动控制系统的设计。 为了赋予水下机器人智能控制和自主导航的能力,解决机器人开发过程存在着高成本、大功耗等问题,本文应用嵌入式技术开发了水下机器人控制系统。研究内容主要包括以下三方面: 通过对水下机器人技术和嵌入式技术的研究,设计了基于“DSP+PC104”的嵌入式运动控制系统。 通过对DSP控制芯片原理与结构特点的学习,设计了DSP最小相位系统、电源模块、时钟模块、PC104总线模块以及基于双口RAM的高速通信接口电路,完成了具有高速数据处理能力和高效通讯能力,及高集成度和高可靠性的水下机器人嵌入式控制系统硬件设计。 建立了水下机器人运动坐标系和五自由度运动模型,设计了水下机器人神经网络幂次指数趋近律滑模控制器和模糊趋近律滑模控制器,并针对深海静水和有海流两种情况下对于水下机器人的位置控制和速度控制进行了仿真验证。 针对深海静水和有海流两种情况对水下机器人的单纯滑膜变结构控制方法和二次型最优化法设计的神经网络幂次指数趋近律滑模控制方法进行了对比仿真实验,证明了本文所设计的改进滑膜控制器极大地消弱了抖振,控制效果良好。


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