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水下航行器舵机驱动电机智能控制研究
| 论文题名： | 水下航行器舵机驱动电机智能控制研究 |
| 关键词： | 水下航行器;舵机系统;永磁同步电机;模型设计;神经网络;PID控制 |
| 摘要： | 水下自主航行器的电动舵机是实现俯仰、偏航等姿态变换的重要机构。舵机控制系统的好坏直接影响航行器的总体控制性能。目前水下航行器舵机多选用低损耗、大扭矩的永磁同步电机，但由于永磁同步电机属于高阶非线性系统，控制效果受到电磁、海浪等因素的干扰较大。应用较为广泛的传统PID控制器虽然简单易实现，但面对复杂非线性时变系统时，不具有重新整定参数的能力。因此越来越多的学者将目光转移到智能控制与传统PID控制方法相结合的策略上来。本文利用模糊BP神经网络同传统PID控制技术相结合，对永磁同步电机调速系统进行仿真分析与测试研究，结果表明相较于传统PID控制器和BP神经网络PID控制器，基于模糊BP神经网络PID智能控制策略的电机调速系统有更好的动态响应特性和更强的抗干扰能力，研究结果对进一步研究水下航行器控制系统的控制器设计有一定的参考价值。 首先，基于水下航行器舵机的性能要求，在电机结构和数学模型的基础上，针对传统PID控制器难以满足永磁同步电机控制精度的问题，设计了一种模糊BP神经网络和传统PID相结合的智能控制器。论文基于矢量控制系统在Simulink中建立永磁同步电机控制系统模型，对比分析了电流内环使用传统PID控制器时，转速外环分别采用传统PID控制器、BP神经网络PID控制器以及模糊BP神经网络PID控制器三种控制器在脉冲负载以及紧急减速两种工况下的控制特性。结果表明模糊BP神经网络PID控制器有更好的抗干扰能力和动态响应特性。同时通过建立水下航行器偏航通道的控制系统，进一步了验证模糊BP神经网络PID控制器的快速性以及良好的跟随性。 其次，为了提高软件系统的开发效率，基于Simulink平台中的嵌入式编码器（EmbedddeCorder）工具箱搭建永磁同步电机控制系统的代码模型，从局部到整体，逐步完成了基于DSPF28335的控制算法的软件设计，省去了编写代码的过程，提高了开发效率。并以DSPF28335为控制芯片，搭建硬件控制系统，并设计了相关硬件电路。 最后搭建永磁同步电机调速测试系统，对传统PID控制器、BP神经网络PID控制器以及模糊BP神经网络PID控制器进行实验验证。对电机进行了突加负载和加减速两种工况的测试，根据转速实验结果可知，在转速外环使用模糊BP神经网络PID控制器的效果最好，能够快速达到稳态并具有良好的抗干扰性和动态响应特性，对进一步研究水下航行器以及舵机控制有一定的参考价值。 |
| 作者： | 张肖江 |
| 专业： | 机械 |
| 导师： | 周春桂;郑素平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中北大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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