水下航行體姿態(tài)控制力矩陀螺群的控制系統(tǒng)設計與研究.pdf

1、二十一世紀是海洋的世紀，隨著現代化工業(yè)生產的發(fā)展，制造及信息技術的進步，海洋裝備的功能與結構越來越復雜，對其控制性能的要求也越來越高。作為海洋工程裝備的重要組成部分，水下航行體的姿態(tài)控制是其完成作業(yè)任務的關鍵技術之一。隨著航行體作業(yè)任務的復雜化，其姿態(tài)控制朝著精度化、深度化和更優(yōu)的操作性能的方向發(fā)展?？刂屏赝勇荩–MG，control moment gyro）是一種角動量交換裝置，具有輸出力矩大且連續(xù)平滑，裝置內置且不依賴于流體運動等

2、諸多優(yōu)點。
　　本文設計了水下航行體姿態(tài)控制執(zhí)行機構—控制力矩陀螺群（CMGs）控制系統(tǒng)總體方案。對控制力矩陀螺群機械結構和工作原理、驅動電機選型以及水下航行體姿態(tài)控制要求進行了研究。在此基礎上，分析了控制力矩陀螺群的控制要求，設計了控制系統(tǒng)方案，并對硬件電路與軟件系統(tǒng)兩方面做詳細設計。
　　分析了CMGs工作性能要求，在此基礎上展開控制系統(tǒng)硬件電路的設計。論述了基于專用集成電路的電機驅動電路與下位機單片機控制器電路的詳細設

3、計過程。根據電機驅動原理和控制需求，分別詳細設計了基于MC33035的無刷直流電機驅動電路和基于L298N的直流電機驅動電路。采用單片機控制器作為下位機單獨控制一組CMG驅動電機，4組控制器與上位機PC端采用基于RS-485的多機通信方式。設計了下位機控制器串口通信、D/A轉換、繼電器輸出及數碼管顯示等電路模塊，以實現對CMG的監(jiān)控功能。利用電子設計軟件完成了相關電路的原理圖與PCB圖設計，制作了電路板，實現了控制系統(tǒng)硬件電路。

4、　　根據CMGs控制原理及控制系統(tǒng)硬件電路，控制系統(tǒng)軟件設計分為上位機監(jiān)控程序和下位機控制程序。在VC++開發(fā)環(huán)境下，設計了基于MFC的監(jiān)控應用程序，提供友好的人機交互界面，既可以控制CMGs改變航行體姿態(tài)，也可實時監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)。利用MSCOMM串口通信控件配合單片機多機通信模式，實現了上下位機多機通信，自定義通信協(xié)議。下位機利用定時器與外部中斷檢測電機轉速，通過串口通信反饋至上位機。
　　對軟硬件系統(tǒng)進行單獨調試與聯合調試，在完