舵机远距离数字控制毕业论文参考

下载后可任意编辑 舵机远距离数字控制 摘要 舵机电液伺服调节器是舵机操纵系统的机电转换与控制装置。它控制舵机操纵船舶根据输入舵角改变航向或在船舶偏离既定方向时，自动调节舵角，使船舶回到原来的航行方向。该调节器主要由伺服阀、伺服活塞、差动缸、力矩马达、放大器、传感器等组成，是集机械技术、自动控制技术、传感检测技术、电子技术等为一体的机-电-液一体化产品。从提升系统的性能和扩展能力的角度出发，采纳了基于ARM嵌入式微处理器的舵机控制系统。控制系统主要分为CAN通信单元、舵机驱动单元、A/D采样单元和中断保护单元四个部分。论文的主要讨论工作如下首先，分析了舵机控制系统的设计要求，制定了以ARM微处理器为核心的 设计方案。根据水下航行器对于通信的速率及可靠性的要求，自动驾驶仪和各节点间的通信采纳CAN Bus现场总线。其次，论文重点阐述了舵机控制系统的软硬件设计原理，主要包括以ARM7嵌入式微处理器为核心的各控制模块的设计。论文对于器件的选型、各单元电路的设计、控制原理以及控制算法都进行了详尽的说明。并在软件设计的基础上，设计了基于PC的系统测试平台，在力矩模拟负载器上进行了系统的测试实验，使舵机系统的性能得到了很好的验证。论文的创新点在于将ARM嵌入式微处理器作为舵机的控制核心结构简单、可靠易行。相对于传统舵机，该系统采纳全数字式控制方式，极大地提高了系统 的实时性能及抗干扰性。 关键词 船舶舵机 ARM、CAN总线 自主水下航行器 目录 1 绪论4 2 系统相关技术分析5 2.1 核心控制器件的选择5 2.2 辅助器件的选择6 2.3 角度传感器的选择6 2.4 显示器件的选择 6 2.5 电动机驱动模块的选择6 2.6 小结7 3 系统硬件电路设计8 3.1 电源的设计8 3.2 LCD液晶显示电路设计8 3.3 驱动电路设计9 4 系统软件设计10 4.1 整体流程图设计10 4.2 整体程序设计论证11 4.2.1 角度检测程序11 4.2.2 LCD1602液晶显示程序12 4.2.3 串口通信程序16 5 实现相关技术30 5.1 ARM2148的简介及运用领域30 5.2 单片机的简介及运用32 6 总结34 致谢信35 参考文献36 附录程序清单和专利申请书37 第一章 绪论 1.1 引言 21世纪是海洋的世纪，海洋是人类生存和进展的重要领域，是人类向海洋进军的世纪。目前，世界各国面临的不仅是保卫自己的海域，更为重要的是如何开发和利用海洋资源、为本国经济建设服务的问题。现代世界自主水下航行器的进展日新月异、千姿百态，世界各国都取得了长足的进展。水下航行器的讨论需要运用到机械学、动力学、电子学、控制学，水声学、 流体学、通讯学等多种学科知识，是一种非常复杂的多门类学科技术。 1.2水下航行器的概述 水下航行器是一种航行于水下的航行体，包括载人水下航行器和无人水下航行器，它能够完成水下勘探、侦测甚至是军事上的进攻防守等任务。在海洋开发日益重要的现在，水下航行器越来越得到了各个国家的重视，无论是在民用还是在军用上，都扮演着重要的角色。 无人水下航行器UUVUnmanned Underwater Vehicle它是指用于水下侦察、遥控猎雷和作战等可以回收的小型水下自航载体，是一种以潜艇或水面舰船为支援平台，可长时间在水下自主远程航行的无人智能小型武器装备平台。UUV将在未来水下信息战中扮演重要角色，利用UUV可以进行探测网探潜、水下战场情报准备、水下战场预设、战场监视分析、战场感知传播、水下水声对抗等。网络中心战所需的大量水下信息，如海底地貌、海洋气象、地质、水文、磁场、声学特性，以及交战双方舰船的目标特性，水雷布设情况等，都可以通过UUV来获得。 1.3 基于ARM的舵机控制系统概述 舵机控制系统是自主水下航行器中重要的执行机构，它的性能好坏直接决定 着航行器的实时操舵性能。因此，舵机控制系统也随着航行器的不断进展，取得 了长足的进步。由传统的模拟控制，到基于专用PWM的开关控制，再到基于嵌 入式系统的数字控制，舵机的实时性能也在不断的提高。 1.3.1 ARM简介 ARM（Advanced RISC Machines）是英国的一家微处理器企业。ARM公司有多种ARM微处理器应用于不同的嵌入式系统中。我来解释下ARM（Advanced RISC Machines）的意思，我想这也是你想知道的。ARM（Advanced RISC Machines）为高级精简指令集制造公司，其中RISC为计算机体系中的精简指令集系统（与之对应的是CISC为复杂指令集）。 ARM处理器本身是32位设计，但也配备16位指令集。一般来讲存储器比等价32位代码节约达35％，然而保留了32位系统的所有优势。ARM的Java技术使Java加速得到比基于软件的Java虚拟机JVM高得多的性能，和同等的非Java加速核相比功耗降低80％。CPU功能上增加DSP指令集提供增强的16位和32位算术运算能力，提高了性能和灵活性。ARM还提供两个前沿特性来辅助带深嵌入处理器的高集成So C器件的调试，它们是嵌入式ICE-RT逻辑和嵌入式跟踪宏核ETMS系列。 图1 基于ARMDSP架构的视频处理系 1.3.2 PWM的开关控制 脉冲宽度调制PWM，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。 脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。 PWM控制技术以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们讨论的热点。由于当今科学技术的进展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术进展的主要方向之一。 图2 利用PWM信号控制白光LED亮度电路图 1.3.3 嵌入式系统简介 嵌入式系统反映当代最新技术的先进水平。嵌入式系统不仅和一般的PC 机上的应用系统不同，就是针对不同的具体应用而设计的嵌入式系统之间差别也很大。嵌入式系统一般功能单一、简单，且在兼容性方面要求不高，但是在大小，成本方面限制较多。 嵌入式计算机基本上不能算是嵌入式系统。它仍然是计算机