1、 青海大学本科毕业设计：水下推进器控制系统设计水下推进器控制系统设计 摘要在压力巨大、竞争激烈、国际环境复杂的 21 世纪，特别是面对人口、资源、环境三大方面的难题，海洋已成为人类生存和发展的重要领域，人类迫切需要向海洋进军，因此，水下推进器及控制系统的研究就十分必要，它具有重要的价值和意义。水下推进器控制系统是复杂、非线性、耦合的控制系统，设计主要研究的对象是水下推进器直流电机调速系统的控制。设计的第一步简述了立题背景、意义和来源及水下推进器控制系统在国内外的研究概况和发展趋势。然后介绍了水下推进器的基本功能、螺旋桨推进器及基本结构，并在其中给出了螺旋桨推进器机构的简单模型。接下来就水下推进
2、器控制系统的性能和需求进行了分析并对螺旋桨控制系统的基本机构及总体控制方案进行了设计。再接下来是设计的核心部分，先分别介绍了 PID 控制、模糊控制和自适应控制，进而针对水下推进器控制系统提出了模糊 PID 参数自适应整定控制，并进行了基于 MATLAB/Simulink 的建模与仿真。对仿真结果进行分析比较可以得出模糊 PID 参数自适应整定控制的控制效果明显优于常规 PID 控制和模糊控制，是具有良好的鲁棒性和实时性的智能控制系统。最后，对整体设计进行了简单的总结和展望。关键词：水下推进器控制系统，螺旋桨推进器，模糊 PID 自适应控制，建模与仿真青海大学本科毕业设计：水下推进器控制系统设
3、计青海大学THE CONTROL SYSTEMDESIGN OF UNDERWATER THRUSTER AbstractIn the huge pressure, the fierce competition and complex international environment of the 21st century,especially,in the faces of population,resources and environment three aspects of the problem,ocean has become an important domain of hum
4、an survival and development,human urgent need to the sea.Therefore,underwater propulsion and control system of the research is very necessary, it is of important value and significance.Under-water propulsion control system is complex, nonlinear, coupling control system, the main research object of d
5、esign is underwater propulsion control of dc motor speed regulating system.The design of the first step,the article discussed the background,significance and source of the subject,and underwater propulsion control system in domestic and international research situation and development trend.Then int
6、roduces the basic function of underwater propeller, the propeller propulsion and the basic structure,and the simple model of propeller mechanism is presented.Then underwater propulsion performance and requirements of the control system are analyzed,and the propeller control system of the overall con
7、trol scheme and the basic structure are designed.The next is the core part of the design,firstly,respectively introduces the PID control,the Fuzzy control and Adaptive control,again for underwater thruster control system of Fuzzy PID Parameters Adaptive adjusting control is put forward,and the model
8、ing and simulation based on MATLAB/Sim-ulink are done. analyzing by the simulation results can conclud that the Fuzzy PID Parameters Adaptive adjusting control of the control effect is superior to conventional PID control and Fuzzy control,and it is a good robustness and real-time intelligent contro
9、l system.Last,the simple summary and prospect of this design are done.Keywords:underwater propulsion control system，t he propeller，Fuzzy PID Adaptive adjusting control，modeling and simulation青海大学本科毕业设计：水下推进器控制系统设计目录第 1 章 绪论11.1 引言 .11.2 水下推进器控制系统的国内外研究概况及发展趋势 .11.3 本设计研究的主要内容 .2第 2 章 水下推进器机构设计 42.1
10、水下推进器基本功能 .42.2 螺旋桨推进器简介 .42.3 水下螺旋桨推进器的基本机构 .42.3.1 螺旋桨推进器机构模型 42.3.2 推进器推力分析 52.4 小结 .6第 3 章 水下推进器控制系统设计 73.1 水下推进器控制系统性能及需求分析 .73.2 水下推进器控制系统基本控制机构设计 .73.2.1 水下螺旋桨推进器运动转盘的控制 73.2.2 永磁直流伺服电机驱动的节能型液压动力系统 83.2.3 螺旋桨推进器主轴驱动和控制机构设计 103.3 水下推进器控制系统总体方案设计.123.3.1 水下推进器控制系统的框架设计 123.3.2 水下推进器控制系统的控制方式设计
11、133.4 小结 .14第 4 章 水下推进器控制系统的模糊 PID 自适应控制 .154.1 PID 控制 154.1.1 PID 控制原理 154.1.2 数字 PID 控制的基本原理 .164.1.3 PID 控制规律选择和参数整定的简要分析 .184.2 模糊控制 .194.2.1 模糊控制原理 194.2.2 模糊控制器 194.3 自适应控制 .204.4 模糊 PID 自适应控制 254.4.1 模糊 PID 参数自适应整定控制器的结构及原理 .254.4.2 模糊 PID 参数自适应整定控制器算法的实现 .264.5 小结 .32第 5 章 基于 Simulink 的模糊 PI
12、D 自适应控制的建模与仿真 .325.1 直流推进电机调速系统开环传递函数的求取.33 5.2 模糊 PID 自适应控制系统的建模与仿真 345.2.1 常规 PID 控制系统 Simulink 模型的建立与仿真 .345.2.2 模糊控制系统 Simulink 模型的建立与仿真 .355.2.3 模糊 PID 自适应控制系统 Simulink 模型的建立与仿真 .35青海大学本科毕业设计：水下推进器控制系统设计青海大学5.2.4 三种控制器的速度跟踪阶跃响应结果比较及分析 375.3 小结 .37第 6 章 总结与展望 396.1 设计总结 .396.2 设计创新点.396.3 展望 .39
13、致谢. 41参考文献. 42青海大学昆仑学院本科毕业设计：水下推进器控制系统设计青海大学昆仑学院1第 0 页第 1 章 绪论1.1 引言在压力巨大、竞争激烈、国际环境复杂的 21 世纪，特别是面对人口、资源、环境三大方面的难题，海洋已成为人类生存和发展的重要领域，人类迫切需要向海洋进军。目前，世界诸多国家面临的不仅是保卫自己的领海，更重要的是怎样开发和利用海洋资源。可由于人体自身不能长时间在水下生活或作业的限制，就不得不依靠相关航行器来拓展人类在海洋中的活动能力进而开发、索取海洋中可利用的资源。水下推进器是航行器稳定、安全、可靠运行的关键设备，良好的水下推进器控制系统是航行器的机动性、航程、航
14、速等相关性能的有力保证。当今，自动化智能控制系统己经在各行各业中得到了广泛的应用和发展，在现代过程控制中，直流调速控制系统因为能够在广泛的范围内实现平滑调速，并且具有良好的起、制动性能而起着重要控制作用，特别是在需要高性能且可控的电力拖动领域中得到了广泛的应用。设计中研究的水下推进器控制系统主要是针对直流调速系统的控制问题。水下推进器控制系统是复杂、非线性、时变、耦合的控制系统，对于常规 PID 控制是不能满足要求的，设计在 PID 控制的基础上结合模糊控制和自适应控制，经过深入分析和详细研究，最终设计出将 PID 控制、模糊控制和自适应控制相结合的经济、安全、可靠、高效的模糊 PID 参数自
15、适应整定控制系统。1.2 水下推进器控制系统的国内外研究概况及发展趋势我国在 1814 年，将新发明的水下推进器-螺旋桨，成功地安装在第一艘蒸汽机驱动的军舰上，他带来了航速和航程质的飞跃。由于螺旋桨具有结构简单，推进效率较高，可靠性高等优点，在此后的两百多年里，螺旋桨作为水下推进器最主要的形式应用在很多航行器中。随着人类科技的进步，水下推进器正朝着远程化、智能化方向发展,水下运行时间将达到上百小时，这对它的控制系统提出了很高的技术要求。从 目 前 国 际 上 来 看 ， 除 个 别 水 下 推 进 器 采 用 喷 水 推 进 外 ， 大 多 浮 游 式 水 下 推 进 器 采 用 螺 旋桨 推
16、 进 ， 并 且 一 般 还 在 螺 旋 桨 外 还 加 有 导 管 ， 以 保 证 在 高 滑 脱 情 况 下 提 高 推 力 。 推 进 器 的 驱动 方 式 一 般 有 电 机 驱 动 和 液 压 驱 动 ， 小 型 水 下 推 进 器 大 多 采 用 电 动 推 进 器 ， 大 功 率 、 作 业 型 水下 推 进 器 通 常 采 用 液 压 驱 动 。 水 下 推 进 器 控 制 系 统 的 发 展 趋 势 为 ： 水 下 更 深 向 深 海 发 展 ；更 远 向 远 程 发 展 ； 功 能 更 强 大 向 作 业 型 及 智 能 化 方 向 发 展 。如 下 图 1-1 和 1-2
17、 为 水 下 推 进 器 应 用 于 军 事 方 面 的 资 料 图 。 青海大学本科毕业设计：水下推进器控制系统设计青海大学0图 1-1 潜 艇 应 用 于 海 上 战 斗图 1-2 亮相北京的海豹突击队水下推进器1.3 设计研究的主要内容课题，水下推进器控制系统设计主要研究的对象为直流电机调速控制系统，设计首先分析了选题背景、意义和来源，对水下推进器控制系统的国内外研究概况和发展趋势作了简述，然后分别是：水下推进器机构设计、 水下推进器控制系统设计、水下推进器控制系统的模糊 PID 自适应控制、基于 Simulink 的模糊 PID 自适应控制的建模与仿真、总结与展望。全文整体分 6 个章
18、节，内容循序渐进，具体安排如下：第 1 章：绪论。首先通过前言介绍了设计的选题背景、意义和来源，接着简述了水下推进器控制系统的国内外研究概况和发展趋势。第 2 章：水下推进器机构设计。本章节首先介绍了水下推进器的基本功能，螺旋桨推进器，然后，从螺旋桨推进器机构模型和推进器推力分析两方面给出了水下推进器的基本机构。青海大学本科毕业设计：水下推进器控制系统设计青海大学昆仑学院0第 3 章：水下推进器控制系统设计。该章节是水下推进器控制系统的整体设计，其中，第 1 小节分析了水下推进器控制系统的性能及需求，然后从水下螺旋桨推进器运动转盘控制、永磁直流伺服电机驱动的节能型液压动力系统、螺旋桨推进器主轴
19、驱动和控制机构设计三方面给出了水下推进器控制系统基本机构设计。最后，从水下推进器控制系统的框架和控制方式设计两方面给出了水下推进器控制系统的总体方案。第 4 章：水下推进器控制系统的模糊 PID 自适应控制。本章是设计的核心章节。前三小节分别介绍了 PID 控制、模糊控制和自适应控制，第四节是将前三节介绍的三种控制方式结合到一起，进而给出了设计的核心部分水下推进器控制系统的模糊 PID 参数自适应整定控制。第 5 章：基于 Simulink 的模糊 PID 自适应控制的建模与仿真。本章首先进行的工作是直流推进电机调速系统开环传递函数的求取，然后，分别就常规 PID 控制、模糊控制、模糊 PID
20、 自适应整定控制进行了基于 MATLAB/Simulink 的建模与仿真，最终对仿真结果进行了分析和总结。第 6 章：总结与展望。对整个设计过程进行了总略性的回顾，比较、分析了常规 PID 控制、模糊控制和模糊 PID 参数自适应整定控制的可行性及优缺点，最终，对控制系统中有待于进一步完善和优化的方面提出了一些解决的思路和想法，并对进一步的研究工作做出了简单的展望。青海大学本科毕业设计：水下推进器控制系统设计青海大学0第 2 章 水下推进器机构设计2.1 水下推进器基本功能推进器是水下航行器的关键设备之一，它遵循能量守恒定律，在相关能量转换原理的基础上将水下航行器所携带的能源转换成推动航行器进
21、行相关运动所必需的机械能。当水下航行器在水下运动时，都会受到水的阻力。水下航行器要正常运行必须具有一定的快速性，即能够以一定的航速进行定位运动，为此，必须提供一个与其运动方向一致的推力。然而，让航行器前进的这个推力是由航行器的推进动力装置（推进器）提供的，水下航行器的推进器吸收主机功率产生推力，推动其前进运动的同时，航行器还必须有良好的操纵性。操纵性主要包括两方面的含义：稳定性和机动性。当然，二者与航行器的本身的体型、附件、推进器和操纵台的设计息息相关，同时还与操纵装置和控制系统的设计有关。2.2 螺旋桨推进器简介目前航行器常用的水下推进方式有：电机推进、液压推进、喷水推进、磁流体推进和近些年
22、来兴起的仿生推进。现在中小型航行器的水下推进大部分使用电动机直接驱动螺旋桨，也称为电机推进器，他们可以使用直流电机，无刷直流电机或者交流电机；大中型航行器的水下推进普遍采用液压马达提供驱动力。电机推进和液压推进均是采用螺旋桨作为推进器的，到现在为止水下推进器中螺旋桨推进器占主导地位。为了更好的利用螺旋桨推进器，很有必有了解其自身的一些特点。螺旋桨推进器参数的确定比较简单，因为它只需满足螺旋桨的吸收功率、扭矩和主机功率、扭矩相平衡即可。但航行器推进往往需要如前进、横移、转艏等多种运动，这就要求我们安装多个推进器，导致能耗增大。再就是螺旋桨推进器有较大的空泡损失，噪声也大，还有气窝的存在，装在航行
23、器尾部的水下螺旋桨推进器往往会受到尾流和内河吃水深度的影响，从而限制了推进器推进的高效性。此外，常规螺旋桨推进器还会产生很大的尾部振动，影响了推进效率。当前国内外正针对如何减少螺旋桨推进器的振动量和噪声，以及提高螺旋桨推进速度方面展开集中而深入的研究 1。2.3 水下螺旋桨推进器的基本机构水下运行的航行器系统是一个非线性、时变、耦合的动力学系统。需要考虑的影响因素较多，如重力、浮力、推力和水动力这些主要影响航行器推进器运行因素参数的确定比较困难，再加之需要确定的参数较多，而目前的技术和测试条件又有限，有些参数根本无法准确测定或者无法测定。2.3.1 螺旋桨推进器机构模型设计研究的是全方位水下推
24、进器 2，对于螺旋桨推进器的设计理论本身是非常复杂的，在此不作详述，这里只给出机构的简图如图 2-1 所示。青海大学本科毕业设计：水下推进器控制系统设计青海大学昆仑学院 0液压缸连接杆外侧转盘内侧转盘推进器轴叶片变速杆图 2-1 全方位水下推进器机构模型图此全方位水下推进器可以实现对航行器六自由度运动的控制，并且能够提高航行器的可操纵性和可控性。我们只需要在航行器的艏、艉装配水下推进器就可以根据运行的需要产生上下、前后、左右六个方向的推力，而且并不影响航行器结构和强度条件的要求以及总体布局的要求，同时还能相应地减少推进器的数目，满足了航行器的操纵性能要求，便于实现水下航行器小型化和轻量化。全方
25、位水下推进器是一种在桨叶片旋转一周的过程中,通过桨叶片螺距角的周期性变化，使其不仅产生与推进器轴平行的轴向推力，同时还能在侧向产生推力的特种推进器。常规螺旋桨桨叶同一半径处的螺距角是相等的，并且桨叶是沿周向均匀分布的，所以桨叶对应叶剖面上的环量均相等，于是各桨叶在不同周向位置上，对应叶元体的切向力是相等的，导致整个螺旋桨不会产生侧向推力，只能产生轴向推力；然而，全方位水下推进器的桨叶片虽然也是周向均匀分布的，可叶片的几何螺距角是周期性变化的(通常按正弦或余弦规律变化)，这样，每当叶片处于不同的角度时，叶片的攻角同时随角度的变化而变换，进而使得各叶片对应叶元体上的切向力也跟随角度变化，这时，在侧
26、向的产生的分力是不能相互抵消的，这就使得桨叶上存在了侧向力。上述说明了全方位水下推进器与常规螺旋桨的本质区别在于:常规螺旋桨只能产生使航行器沿轴向运动的轴向推力（即纵向运动） ；全方位水下推进器不但能产生让航行器纵向运动的推力，而且能产生让航行器横向运动和垂直运动的推力，出现这种区别的原因在于叶片螺距角是否能发生周期性的变化。由于全方位水下推进器在产生侧向推力的同时，也产生了额外的力矩，因此为了清除这一力矩，通常在航行器前后两端各安装一只来组合使用，使其在产生侧向推力时不产生垂向力矩。2.3.2 推进器推力分析设计的推进器是由驱动器、定距螺旋桨、直流电机所共同组成的直流深水电动推进器。其中推进
27、器的推力可用如下公式描述：青海大学本科毕业设计：水下推进器控制系统设计青海大学0(2-1)24T=nDK其中 ：液体密度（Kg/m 3） ，n：螺旋桨转速（r/s） ，D ：螺旋桨直径(m)，K T：推力系数。此时直流电机需要输入的力矩为：25nQ（2-2）这里的 KQ 为力矩系数。其中 KT 、K Q 与螺旋桨叶片数目、叶片螺距和叶片形状都有关系 3，都是进速比的函数（进速比：螺旋桨进速与叶梢线速度之比值） 。从上述公式可以看出，只要螺旋桨确定以后，螺旋桨的直径便已经知道，于是只要通过调整推进器的直流电机转速 n 便可控制整个推进器的推力，进而推动水下航行器一定的速度运行。 2.4 小结本章
28、首先从水下推进器的运行原理，推进作用，操纵性三方面简要分析了水下推进器的基本功能，接下来对螺旋桨推进器进行了简单的介绍，然后给出了水下螺旋桨推进器的基本机构。水下推进器基本机构是从两方面进行阐述的：推进器机构模型；推进器推力分析。设计研究的全方位水下推进器是水中航行器的一种新型特种推进装置，它只需要用两个螺旋桨就可以实现传统的六个或者七个螺旋桨才能实现航行器的推进和六自由度操纵性能。水中航行器采用全方位水下推进器可以明显减少螺旋桨的使用数目，不仅能克服传统推进器由于使用多螺旋桨而产生相互耦合的负面影响，而且还可以优化航行器的结构布局，从而提高了机构的物理操作性能和工作效率，同时还节省了能源，为
29、人类开发利用水中资源做出了很好的贡献。 第 2章 水下推进器机构设计青海大学昆仑学院1青海大学本科毕业设计：水下推进器控制系统设计青海大学昆仑学院 0第 3 章 水下推进器控制系统设计3.1 水下推进器控制系统性能及需求分析由于水下推进器控制系统本身特殊的应用范围和工作环境，要求控制系统自身必须具有良好的稳定性、准确性、快速性，且能在不同温度环境的条件下正常运行，这就要求控制系统拥有较强的运动控制核心处理器。该控制核心处理器除了自身基本功能要求外，还必须满足特殊的性能要求。这些特殊的性能不但与系统的整体特性紧密相连，而且影响着系统的适用范围。特殊性能要求如下：（1）时效性好近几年来对水下推进器
30、运动精度和位置伺服技术的要求越来越高，因此，对控制核心处理器也提出了很高的要求。控制核心处理器就是一种实时计算机，数据采样时间通常为几毫秒到几十毫秒之间，处理器接口主要用来实时信息的输入和输出。设计选用具有高时效性的现场可编程门阵列（FPGA）作为控制核心处理器，但它也不能准确无误的保证整个控制系统的实时性。控制系统运行过程中，现场可编程门阵列需要不时的与外界进行信息交换，即 FPGA 并不是一直在单独运行。这样以来倘若外围器件运行速度跟不上节奏，自然就会影响到现场可编程门阵列的工作时效性，导致整个控制系统优越的性能不能很好地发挥，这就要求控制系统中其他器件的时效性也要重点考虑。（2）性价比高
31、虽然控制系统中的控制器件性能越高越能满足应用要求，但一味追求高性能器件，会导致不必要的浪费。再者如果控制系统的整体功耗太高的话，会使控制系统工作不稳定，系统的可靠性得不到很好的保证，因此在设计控制系统时，尽量选择性能满足要求，功耗低的性价比高的器件。（3）体积小推进器控制系统很大一部分是嵌入式产品，由于它通常需要放在狭小的仪器舱中，尤其是小体积水下航行器中，它的重量和体积会受到严格的限制。水下推进装置控制器的重量和几何外形都会受到特殊规定，在设计过程中要尽量力求电路简单、器件集成度高、占用体积小，尽力做到小型化4。3.2 水下推进器控制系统基本控制机构设计3.2.1 水下螺旋桨推进器运动转盘的
32、控制3.2.1.1 液压油缸液压伺服系统利用液压器件组成的伺服系统称作液压伺服系统。液压伺服系统是由液压动力机构和反馈机构组成的闭环控制系统，它分为机械液压伺服系统和电气液压伺服系统（简称电液伺服系统）两类。其工作原理是流体动力的反馈控制，也就是利用反馈连接获得偏差信号，用偏差信号再去控制液压第 3章 水下推进器控制系统设计青海大学 1能源输入到系统的能量，让系统总是朝着减小偏差的方向进行，尽力让实际输出与期望值相同。液压伺服系统易于实现直线运动的速度、位移和力的控制并且其具有加速性能好，控制精度高，稳定性能好，驱动性能优越，尺寸小、重量轻的特点，在推进器控制系统中得到了广泛的应用 5。青海大
33、学本科毕业设计：水下推进器控制系统设计青海大学0设计中的水下螺旋桨推进器转盘的旋转是通过三个液压油缸的位移运动完成的，具体是通过三个液压油缸位移运动的组合进而转换成转盘的三个自由度运动（两个旋转运动，一个位移运动） ，其中每个液压油缸的位移运动又是通过一个闭环液压伺服系统来驱动和控制的。其实现方式为：通过指令元件输出的信号经过控制器的处理转换，将得到的控制信号输入到放大器，再将经过放大器放大后的控制信号输入到液压动力系统，液压动力系统输出位移信号驱动液压油缸，接下来通过位移传感器将发生的位移反馈到控制器的输入端以达到校正的目的，驱使液压油缸的输出位移最大限度的跟随输入控制信号，以达到准确控制的
34、目的。图 3-1 为螺旋桨推进器运动转盘液压油缸液压伺服系统框图。+-图 3-1 液压油缸液压伺服系统控制框图3.2.1.2 液压伺服系统的控制过往通常采用常规 PID 控制方法对液压伺服系统进行控制，可是水下推进器控制系统是时变的、非线性的复杂系统，控制系统中的参数往往会随着周围环境条件变化而变化，况且液压伺服系统经常存在外部负载的干扰，这些干扰往往又难以预测甚至是不可预测的，从而会严重影响控制系统的工作性能。以此分析，常规 PID 控制是不能达到控制要求的，设计采用将自适应控制、模糊控制和PID 控制相结合的模糊 PID 自适应控制，结合各控制的优点达到综合控制的良好效果。 3.2.2 永
35、磁直流伺服电机驱动的节能型液压动力系统3.2.2.1 永磁直流伺服电机的选型永磁直流电机是用永磁体建立磁场，实现直流电能转换为机械能的一种直流电机，由于不需要输入励磁电流，也就不会因励磁电流而引起功率消耗，又由于转子磁极是基本恒定的，所以永磁电机在低速运转或是在高速运转时都能够输出较大的负载转矩。此外，永磁电机还具有过载倍数大、响应速度快、运行平稳和体积小等优点，所以液压动力系统选用永磁电机。此次研究的液压动力系统采用济南科亚电子科技公司生产的的 ZYT 系列永磁直流电机,该永磁直流电机采用铁磁体永久磁铁激磁，系封闭自冷式，这种电机以廉价见长，且性能良好。具体选用型号为：90 ZYT 08/H
36、 2 电动机，如图 3-2 所示：指令元件 放大器 液压动力系统 液压油缸 运动转盘位移传感器青海大学本科毕业设计：水下推进器控制系统设计青海大学昆仑学院 0图 3-2 永磁直流电动机它具有体积小、重量轻、力性能指标高、噪音低、产品系列化程度高、零部件通用化程度强等特点。型号 90 ZYT 08/H2 说明：90 ZYT 08/H2 机座代号铁芯长代号永磁式直流电机机座外径/mm其主要技术参数如下表：表 3-1 选定的永磁直流电机技术参数3.2.2.2 永磁直流伺服电机驱动的节能型液压动力系统结构设计 如下图 3-3 是永磁直流伺服电机驱动的节能型液压动力系统结构框图，该系统由永磁直流伺服电机
37、、伺服控制器、液压油泵和传感器等组成。系统采用了效率高、机械特性好、过载倍数大和调速性能优越的永磁伺服电机拖动油泵，同时还采用了压力、流量双闭环控制和电机电压、电流对系统流量、压力的冗余监测系统，并且具有油液温度自动补偿功能。系统可以针对不同的液压负载情况启用压力自适应、流量自适应和功率自适应三种工作模式，并且不同的工作模式可以采用相应的控制策略。由于具有上述特点，该系统具有应用范围广、效率高、低速稳定性好、响应速度快和调速精度高等优点 6。额定功率/W额定线电压（DC）/V额定电流/A 额定转矩/N.M额定转速/（r/min ）20 110 0.34 0.637 3000青海大学本科毕业设计
38、：水下推进器控制系统设计青海大学0图 3-3 永磁直流伺服电机驱动的节能液压动力系统框图3.2.3 螺旋桨推进器主轴驱动和控制机构结构设计近些年来，随着电力电子技术、材料技术、电力半导体技术、变频调速技术和微机控制技术等的高速发展，电力推进技术得到了很好的提高并日趋完善，目前已作为一种先进的推进方式获得了广泛应用。由于电力推进系统 7不仅在技术方面较为成熟、可靠性高，而且容易实现动力装置整体布局紧凑化、重量最佳化和维护简便化等优越性，因此，它已成为国内外现代潜器、船舶推进方式中的新型发展方向，已被广泛应用于水下推进装置。(1） 螺旋桨主轴推进电机控制机构设计设计中的螺旋桨主轴的旋转运动是通过一
39、套电力推进机构来控制和驱动的，设计研究的水下推进器控制系统中所有推进电机均为直流电机，它们的基本工作原理是一致的，所不一样的只是电机的特征参数。如下图 3-4 为螺旋桨主轴推进电机控制机构结构原理图：上位机伺服控制器油液温度传感器永磁直流电机液压油泵 负载压力、电流传感器光电编码器油箱青海大学本科毕业设计：水下推进器控制系统设计青海大学昆仑学院 0图 3-4 螺旋桨主轴推进电机控制机构结构原理图(2） 可编程逻辑器件（CPLD）的选型对于可编程逻辑器件（CPLD）选用深圳市珍琼科技有限公司生产型号为：XC9536XL-VQ44BMN 的芯片，其具体图样如图 3-5 所示：图 3-5 可编程逻辑器件（CPLD）芯片图可编程逻辑器件 （CPLD）引导加载 ROM DSP 内核A/D 转换电机驱动器 直流电机传感器原动机蓄电池电机负载
