水下高速航行體舵機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、水下超高速航行體通過自身產(chǎn)生的氣泡與水分離開，從而減少了航行體在水中運(yùn)動的大部分阻力，使其具有了水中的超高速性。所以世界上的軍事大國都投入巨資研發(fā)基于空泡減阻技術(shù)的水下超高速航行體。但是在水下高速航行體的控制技術(shù)開發(fā)中存在許多的難題，比如高速航行體運(yùn)動的不穩(wěn)定性，空化器舵機(jī)的控制問題等。本文主要完成水下高速航行體舵機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與半實(shí)物仿真技術(shù)的研究。
　　首先，分析水下高速航行體的各種受力，對航行體尾部平面力的變化規(guī)律進(jìn)行重點(diǎn)

2、分析，根據(jù)牛頓三大定律及相應(yīng)的動力學(xué)理論建立水下高速航行體的非線性運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)模型，根據(jù)小擾動線性化理論及一些假設(shè)條件對模型進(jìn)行線性化處理，得到簡化的縱向運(yùn)動方程。通過對模型可控、可觀性以及穩(wěn)定性能的分析，得到航行體的控制特性。在系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，分析在定深控制中舵機(jī)控制系統(tǒng)的原理，介紹空化器舵機(jī)的基本工作原理、機(jī)械結(jié)構(gòu)及其角度采集單元。對所選用的直線伺服電動缸控制方式進(jìn)行說明。最后，通過對舵機(jī)控制系統(tǒng)的需求分析，得到舵機(jī)控制系統(tǒng)整體

3、結(jié)構(gòu)及軟硬件設(shè)計(jì)方案。
　　其次，根據(jù)相應(yīng)的系統(tǒng)需求，搭建基于DSP和CPLD的嵌入式舵機(jī)控制系統(tǒng)，為舵機(jī)控制與半實(shí)物仿真提供硬件平臺。從系統(tǒng)需求和DSP外設(shè)模塊介紹入手，對硬件系統(tǒng)進(jìn)行整體的設(shè)計(jì)，硬件部分主要包括DSP主控電路、CPLD接口擴(kuò)展電路、舵機(jī)脈沖采集及控制電路、供電及通信電路等主要電路的設(shè)計(jì)。
　　再次，在硬件實(shí)驗(yàn)平臺的基礎(chǔ)上，介紹了系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境CCS和Quartus，分析了系統(tǒng)整體框架和舵機(jī)半實(shí)物仿真設(shè)計(jì)需

4、求，給出了系統(tǒng)接口擴(kuò)展程序流程圖、系統(tǒng)整體的通信程序流程圖以及系統(tǒng)半實(shí)物仿真的框架圖，分別對舵機(jī)脈沖驅(qū)動程序、控制算法程序、數(shù)據(jù)記錄中斷程序進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，完成了半實(shí)物仿真下位機(jī)軟件的編寫。為舵機(jī)控制系統(tǒng)的測試搭建了軟件實(shí)驗(yàn)平臺。
　　最后，在航行體模型的基礎(chǔ)上，對航行體舵機(jī)控制系統(tǒng)定深控制器進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)。討論了水下高速航行體定深控制常用的幾種控制規(guī)律，并對各種控制規(guī)律進(jìn)行了比較分析。最終根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)所需滿足的要求，確定了使用