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基于陀螺仪融合滤波算法的水下航行控制系统研究
| 论文题名： | 基于陀螺仪融合滤波算法的水下航行控制系统研究 |
| 关键词： | 水下航行器;航向控制系统;陀螺仪;融合滤波算法;航位推算 |
| 摘要： | 无人自主式水下航行器作为人类开发海洋资源的重要手段之一，一直得到广泛的关注和研究。其中，水下航行控制系统是水下航行器自主航行和成功完成规划任务的重要设备。而航行控制系统中的传感器精度是影响其完成水下规划任务重要因素，但高精度的传感器价格成本较高，产生的经济效益较低。为此，本文利用九轴陀螺仪传感器，引入扩展型卡尔曼滤波方法，提出研发基于陀螺仪的融合滤波方法的航行控制系统，文章的主要工作内容如下: (1)探究国内外水下航行器的航行控制系统发展现状，并分析水下航行控制系统的基本组成。针对水下航行控制系统中的价格成本与数据滤波两大问题,提出本文的主要研究内容与创新点。 (2)针对水下航行控制系统中的价格成本较高问题，利用九轴陀螺仪作为航向控制系统的硬件基础。因为九轴陀螺仪输出的实时数据是非线性的，所以确定模糊PID算法作为航向控制系统的核心控制算法。首先详细分析模糊PID算法的数学原理，再模拟仿真基于模糊PID算法的航向控制系统，最后将模糊PID算法应用于水下航行器样机中。为设计基于陀螺仪的航向控制系统提供了借鉴思路。 (3)针对水下航行控制系统实际运行时，传感器精度容易受外界环境影响而降低，因此需要在软件层面进行数据滤波。利用梯形积分算法和扩展型卡尔曼滤波算法，从加速度二次积分得出位移的基础数学原理出发，并结合北斗卫星模块的定位校正功能，综合运用组成了基于陀螺仪的融合滤波算法航位推算系统。 (4)验证航行控制系统中的子系统，需要搭建水下航行器电气控制系统平台。同时整体电气控制系统需保证稳定可靠，因此以VxWorks嵌入式操作系统作为核心的中央控制单元为硬件基础，构建水下航行器的控制系统软件架构。同时阐述分析由能源转换与分配层、传感器数据传输与控制层以及动作执行机构应用层构成的水下航行器电气控制系统。 |
| 作者： | 萧信杰 |
| 专业： | 机械 |
| 导师： | 耿文豹 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 汕头大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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