水下高速航行體舵機控制系統(tǒng)設(shè)計.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，比如高速航行體運動的不穩(wěn)定性，空化器舵機的控制問題等。本文主要完成水下高速航行體舵機控制系統(tǒng)的設(shè)計與半實物仿真技術(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)律進行重點

2、分析，根據(jù)牛頓三大定律及相應的動力學理論建立水下高速航行體的非線性運動學和動力學模型，根據(jù)小擾動線性化理論及一些假設(shè)條件對模型進行線性化處理，得到簡化的縱向運動方程。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控制系統(tǒng)的原理，介紹空化器舵機的基本工作原理、機械結(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行說明。最后，通過對舵機控制系統(tǒng)的需求分析，得到舵機控制系統(tǒng)整體

3、結(jié)構(gòu)及軟硬件設(shè)計方案。
　　其次，根據(jù)相應的系統(tǒng)需求，搭建基于DSP和CPLD的嵌入式舵機控制系統(tǒng)，為舵機控制與半實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)進行整體的設(shè)計，硬件部分主要包括DSP主控電路、CPLD接口擴展電路、舵機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。
　　再次，在硬件實驗平臺的基礎(chǔ)上，介紹了系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境CCS和Quartus，分析了系統(tǒng)整體框架和舵機半實物仿真設(shè)計需

4、求，給出了系統(tǒng)接口擴展程序流程圖、系統(tǒng)整體的通信程序流程圖以及系統(tǒng)半實物仿真的框架圖，分別對舵機脈沖驅(qū)動程序、控制算法程序、數(shù)據(jù)記錄中斷程序進行了詳細設(shè)計，完成了半實物仿真下位機軟件的編寫。為舵機控制系統(tǒng)的測試搭建了軟件實驗平臺。
　　最后，在航行體模型的基礎(chǔ)上，對航行體舵機控制系統(tǒng)定深控制器進行了分析與設(shè)計。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)律進行了比較分析。最終根據(jù)實際系統(tǒng)所需滿足的要求，確定了使用