某水下航行器舵机液压伺服控制系统研究

论文摘要

作为未来水下信息作业的新平台,水下航行器已成为许多国家争相研究发展的海洋装备之一。在这种应用需求的背景下,本文针对某水下航行器舵机的控制性能要求,设计了舵机液压伺服控制系统,推导出系统的数学模型并进行了动态仿真,根据液压伺服控制系统特性设计了基于DSP的控制器,并进行了现场试验研究。首先,按照某水下航行器的实际功能需求设计了伺服阀控液压缸系统,介绍了伺服阀控液压缸的系统组成及工作原理,完成了关键元器件的设计选型及装配草图。其次,从流体动力学的流量方程、运动方程和线性方程入手,推导得到舵机液压伺服控制系统的数学模型,并针对实际工况,用AMESim软件对设计的伺服阀控液压缸系统进行了动态响应特性和抗干扰性能的仿真。仿真结果表明,系统稳定可靠,控制性能好,抗干扰能力强。然后,控制器采用了DSP(TMS320F206)为核心,文中对控制器的总体结构、主要功能单元电路和软件模块设计做了详细讨论。主要功能单元电路包括控制器与主控计算机的通讯电路、数模转换电路、“看门狗”复位电路等。软件基于TI公司的RF3框架结构设计,采用模块化编程思想,对整个程序的控制流程及初始化流程进行了设计。最后,在某水下航行器上对舵机液压伺服控制系统进行了性能测试和试验研究。试验运行结果验证了仿真研究的正确性和项目的可行性,为某水下航行器的项目预研奠定了坚实的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 水下航行器发展现状
• 1.3 舵机发展研究概况
• 1.4 课题来源及研究目的和意义
• 1.5 本文主要内容
• 2 舵机液压伺服控制系统的设计
• 2.1 舵机液压伺服系统组成及工作原理
• 2.2 舵机液压伺服系统关键元件参数设计及选型
• 2.2.1 主要技术指标
• 2.2.2 液压舵叶所受到的水动力
• 2.2.3 液压舵运动分析及相关参数计算
• 2.2.4 液压伺服阀参数计算
• 2.2.5 关键元件的设计及选型
• 2.3 小结
• 3 舵机液压伺服控制系统建模与仿真分析
• 3.1 操舵系统数学模型
• 3.2 基于AMESim 软件的系统仿真
• 3.2.1 仿真平台的搭建
• 3.2.2 仿真结果及分析
• 3.3 小结
• 4 基于DSP 伺服控制器的设计
• 4.1 DSP 伺服控制器的结构组成及工作原理
• 4.2 控制器主要功能单元设计
• 4.2.1 与上位机的通讯接口设计
• 4.2.2 数模转换电路设计
• 4.2.3 看门狗复位电路设计
• 4.3 控制器系统软件设计
• 4.3.1 系统软件的开发平台
• 4.3.2 系统软件模块化设计
• 4.4 小结
• 5 舵机液压伺服控制系统试验研究
• 5.1 舵机液压伺服控制系统试验概述
• 5.2 舵机液压伺服控制系统试验结果
• 5.3 舵机液压伺服控制系统试验分析
• 5.4 小结
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录2 现场安装照片