水下航行器運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研制.pdf

1、海洋是人類經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐。雖然資源豐富，但是其復(fù)雜的環(huán)境使得人們對海底世界的探索知之甚少。水下探測與開發(fā)技術(shù)成為各個(gè)國家亟待改進(jìn)與發(fā)展的重要研究課題。研制出功能強(qiáng)大的水下探測設(shè)備和能夠監(jiān)控復(fù)雜海洋環(huán)境的智能化工具意義重大，也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)內(nèi)容。
　　本文在國內(nèi)外相關(guān)研究基礎(chǔ)之上，研制了一套水下航行器運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有體積小、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、靈活性高的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對水下環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測，能夠應(yīng)用于海洋環(huán)境監(jiān)測、運(yùn)動(dòng)探險(xiǎn)、水下搜

2、救等場景。本文主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)設(shè)計(jì)了水下航行器運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的總體框架。確定了水下航行器運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方式，設(shè)計(jì)了水下航行器的自動(dòng)定深、定向策略。依據(jù)實(shí)時(shí)性要求設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的軟硬件通信方案。
　　(2)詳細(xì)設(shè)計(jì)了水下航行器的軟件架構(gòu)和硬件架構(gòu)。軟件上采用Nodejs、SocketIO技術(shù)，利用非阻塞IO和事件驅(qū)動(dòng)模型保證了系統(tǒng)較高的實(shí)時(shí)性能。對軟件系統(tǒng)的服務(wù)器、客戶端、控制板模塊做了詳細(xì)流程設(shè)計(jì)。硬件上采用Be

3、agleBone底板和Mega2560做為主控器件。設(shè)計(jì)了控制板的主要硬件模塊如電源、通信接口、電平轉(zhuǎn)換、電調(diào)保護(hù)電路等。并對水下航行器的信息傳感電路做了設(shè)計(jì)，主要包括溫度、濕度、以及IMU九軸傳感器和壓力傳感器電路等。
　　(3)研究了水下航行器捷聯(lián)慣導(dǎo)技術(shù)與傳感器運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)處理算法。對水下航行器的捷聯(lián)慣導(dǎo)技術(shù)原理和運(yùn)動(dòng)姿態(tài)更新算法做了研究探討。為了準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)水下航行器運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的數(shù)據(jù)融合，進(jìn)行了卡爾曼濾波等數(shù)據(jù)處理方法的研究。利用