2.3 電機(jī)與推進(jìn)器傳遞函數(shù)

　　(1) 直流電機(jī)傳遞函數(shù)

　　一般直流電機(jī)的動態(tài)特性為慣性環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)為：

　　系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

　　在MATLAB Simulink環(huán)境下進(jìn)行模型搭建，如圖3所示。

　　輸入一個(gè)階躍信號，用以模擬航向設(shè)定值，信號如圖4所示。反復(fù)調(diào)整PID參數(shù)，獲得了比較理想的響應(yīng)曲線如圖5所示。

　　從響應(yīng)曲線可得，系統(tǒng)較快地上升到設(shè)定值附近，在經(jīng)過一個(gè)較小的超調(diào)后，穩(wěn)定在設(shè)定值。響應(yīng)時(shí)間約為8s左右，能夠滿足對ROV定向控制的要求。

3 航向控制閉環(huán)模擬試驗(yàn)

　　設(shè)計(jì)如圖6所示的閉環(huán)結(jié)構(gòu)對ROV進(jìn)行航向控制閉環(huán)回路的模擬。

　　上位機(jī)發(fā)送定向設(shè)定值120°至PC104，PC104生成推進(jìn)器的輸出信號。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)采集PC104生成的4路水平方向上的DA輸出信號。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)上運(yùn)行仿真計(jì)算程序，將采集的信號作為輸入量，經(jīng)閉環(huán)傳遞函數(shù)處理后，得到航向輸出量，并在界面上顯示，同時(shí)將航向數(shù)據(jù)由串口發(fā)送至PC104的羅經(jīng)串口，再由PC104采集后，繼續(xù)進(jìn)行數(shù)字PID運(yùn)算，以此實(shí)現(xiàn)閉環(huán)回路。

　　將采集的4路電壓信號和航向變化來說明航向控制的調(diào)節(jié)過程，以偏差2°作為間隔，記錄每次數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

　　從表1中數(shù)據(jù)可得：轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)時(shí)，4路推進(jìn)器的輸出電壓所產(chǎn)生的力矩方向一致，以便ROV能盡快達(dá)到設(shè)定值附近。設(shè)定航向?yàn)?20°，隨著控制過程的進(jìn)行，航向偏差由高到低變化，到0之后，形成一定超調(diào)量，此時(shí)航向會繼續(xù)增大，在到達(dá)頂點(diǎn)后開始下降，并進(jìn)入振蕩過程，系統(tǒng)經(jīng)過短時(shí)間的振蕩，最后會趨于穩(wěn)定。模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果驗(yàn)證了控制系統(tǒng)的可靠性。

4 結(jié)論

　　本文主要研究了ROV的運(yùn)動學(xué)模型的建立以及航向控制策略。首先對航向閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，推導(dǎo)出了ROV航向閉環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。再基于PID算法和Simulink仿真完成了PID控制器的設(shè)計(jì)。最后，建立模擬閉環(huán)仿真系統(tǒng)，對ROV的航向調(diào)節(jié)控制進(jìn)行仿真驗(yàn)證，對試驗(yàn)結(jié)果和試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析和總結(jié)，驗(yàn)證了所使用的控制算法及所設(shè)計(jì)的PID控制器的可行性。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]孫玉山,梁霄,萬磊,等.一種開架式水下機(jī)器人控制技術(shù)的研究[J].四川大學(xué)學(xué)報(bào).2008,40(2): 147-152.

　　[2]晏勇,馬培蓀,王道炎,等.深海ROV及其作業(yè)系統(tǒng)綜述[J].機(jī)器人,2005,27(1):82-89.

　　[3]朱康武,顧臨怡.作業(yè)型遙控水下運(yùn)載器的多變量backstepping魯棒控制[J].控制理論與應(yīng)用,2011,28(10):1441-1446.

　　[4]邊宇樞,高志慧,贠超. 6自由度水下機(jī)器人動力學(xué)分析與運(yùn)動控制[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2007,43(7):87-92.

　　[5]唐旭東,龐永杰,李曄.水下機(jī)器人運(yùn)動的免疫控制方法[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào),2007,11(6):676-680.

　　[6]嚴(yán)衛(wèi)生.魚雷航行力學(xué)[M].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,2005.

　　[7]李殿璞.船舶的數(shù)學(xué)建模[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2001.

　　[8]黃海.遙控潛水器的控制體系結(jié)構(gòu)及作業(yè)技術(shù)[M]. 北京:國防工業(yè)出版社,2011.

本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第1期第33頁，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。