【摘 要】
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深海电动云台是一种重要的深海探测辅助设备,可搭载深海摄像机、深海照明灯和声呐等小型设备,通过角度调整实现更好的观测效果,因此,在海洋工程和海洋科考领域受到了广泛应用。然而,目前我国并无国产深海电动云台产品,仍受到欧美垄断的制约。为促进深海电动云台的国产化进程,论文研究了深海电动云台控制系统,主要进行了深海电动云台步进电机驱动控制器设计和深海环境下的云台高精度控制研究等。论文研究了步进电机工作原理和
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深海电动云台是一种重要的深海探测辅助设备,可搭载深海摄像机、深海照明灯和声呐等小型设备,通过角度调整实现更好的观测效果,因此,在海洋工程和海洋科考领域受到了广泛应用。然而,目前我国并无国产深海电动云台产品,仍受到欧美垄断的制约。为促进深海电动云台的国产化进程,论文研究了深海电动云台控制系统,主要进行了深海电动云台步进电机驱动控制器设计和深海环境下的云台高精度控制研究等。论文研究了步进电机工作原理和当前主流的步进电机驱动技术,从中选择适用于深海电动云台的步进电机驱动控制技术。通过研究深海环境对云台控制的影响,避开了不耐深海高水压的电子元器件,并得出深海环境将增加云台负载的结论。由于传统的高精度光电编码器无法适应深海环境,论文新发现线性霍尔角度传感器可作为深海电动云台角度传感器,并设计了包括开环为主、闭环为辅控制策略在内的云台运动控制策略,同时采用增量式PID算法进行云台复位控制。此外,论文完成了深海电动云台控制系统的软硬件设计,设计了基于STM32单片机和TMC5160步进电机驱动芯片的可耐深海高水压的云台步进电机驱动控制器和基于STM32单片机的云台手柄控制盒,分析了相关电路关键电子元器件的选型原则以及电路PCB的设计原则。与此同时,论文基于Free RTOS实时操作系统和C#Winform平台完成了云台控制系统上下位机软件设计,设计了包括自定义云台通信协议、串口帧同步、RS485总线仲裁和串口通信指示机制在内的深海电动云台串口通信机制。最后,论文完成了云台电机驱动控制器的静水压力测试、云台控制精度测试、云台负载测试,并进行了深海电动云台控制系统的海上试验性应用,试验结果表明论文设计的步进电机驱动控制器可用于6000m深海环境,并具备驱动云台电机带动额定负载的驱动能力,与此同时,论文设计的深海电动云台控制系统可实现0.1°分辨率和0.5°定位精度的高精度控制要求。深海电动云台控制系统海试获得了成功,初步验证了该系统在海上实际作业环境中应用的可行性。
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