新型水下球形机器人的控制系统研究

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文摘要新型水下球形机器人具有体积小，隐蔽性好、灵活性高等特点，可以工作于其他大型水下机器人无法进入的区域，可以应用于海洋监控，给海上的严船舶提供通信中继及定位服务等。l首先，本文对所设计水下球形机器人的结构、驱动系统和机械设计进行了详细介绍，从而实现对水下球形机器人的总体认识。其次，对所设计水下球形机器人控制系统的硬件设计进行详细说明。硬件电路主要是基于ARM中央处理器和AVR协处理器设计了LM3S615系统板和直流电机驱动板。两块电路板通过12C总线进行通信，LM3S615系统板的两个RS232串口分别连接上位计算机和MT

2、I姿态传感器，主控芯片LM3S615通过处理姿态传感器得到的数据来命令ATmegal6利用PWM对喷水电机进行调速，从而实现水下球形机器人进行直行、左转、右转、加速、减速和停止等运动。。再其次，论文进行了水下球形机器人控制系统的控制算法研究及软件程序设计，论文研究了传统的PID控制和新兴的神经网络P1D控制，并提出了基于姿态传感器信号反馈的实时调整控制方法，该方法易于工程实现，并能较好的运用到对象和环境的不确定性中，通过实验证明该种控制方法可行，并取得较好的预期效果。软件程序设计主要分为两大模块，即为基于ARM的C语言程序设计和基于AVR的C语言程

3、序设计，设计中严格按照制定的数据传输格式。最后，论文进行了水下球形机器人的硬件测试实验、外围电路实验和水下运动实验，并对实验结果进行分析、总结，实验结果表明本论文所设计的新型水下球形机器人总体上是成功的，并实现了水下球形机器人良好的运动控制。、卜，’关键词：水下球形机器人；PID控制；神经网络PID控制；实时调整控制；传感器信号反馈哈尔滨工程大学硕士学位论文ABSTRACTThenewsphericalunderwatervehiclehasadvantagesofcompactdesign，，．goodconcealmentandhighflex

4、ibility．Itcarlbeappliedincertainfieldswhereotherbigvehiclescannotenter．Itcanalsobeusedtooceanmonitoring，offeringcommunicationrelayandlocationservicefortheshipsintheocean．Firstly,inthisthesis，structure，drivesystemandmechanicaldesignofthedesignedsphericalunderwatervehiclearedesc

5、ribed，whichprovidesalloverallunderstandingofthenewsphericalunderwatervehicle．Secondly，thehardwaredesignofthesphericalunderwatervehiclecontrolsystemisdescribedindetail。HardwarecircuitincludingthedesignedLM3S615systemboardandDCmotordriverboardaremainlybasedonARMCPUandAVRcoproces

6、sor．Thesetwocircuitboardscommunicatetoeachotherthroughthe12Cbus．LM3S615systemboardconnectsitselfwithacomputerandaMTIattitudesensorthroughtwoRS232serialponsseparately．ThemasterchipLM3S615processesdatafromattitudesensor,andcommandsATmegal6tousePWMtocontrolspeedofthewaterspraymot

7、orinordertoachievesuchmovementsasgoingstraight，turningleft，tumingright，acceleration,decelerationandstop．Thirdly,softwareprogramdesignandcontrolalgorithmresearchaboutthecontrolsystemoftllesphericalunderwatervehiclearecarriedout．ThetraditionalPIDeontrolandthenewNeuralNetworkPIDc

8、ontrolarestudied．Atthesametime，areal-timeadjustingcontrolmeth