水下机器人融合机械学、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。该水下机器人装有垂向辅助推进器、避碰声纳等装置。舵机控制系统是水下机器人中重要的执行机构,它的性能好坏直接决定着水下机器人的实时操舵性能。论文分析了目前国内外对于舵机控制系统的研究情况,从提升系统的性能和扩展能力的角度出发,采用了基于FPGA控制器的舵机控制系统。控制系统主要分为总线接口单元、脉冲输出单元、位置反馈单元和数字IO单元四个部分。论文的主要研究工作如下:首先,分析了舵机控制系统的设计要求,制定了以FPGA控制器为核心的设计方案。根据水下机器人对于通信的速率及可靠性的要求,工控机和各板卡间的通信采用PC/104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FPGA控制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。系统采用一种软件硬化的设计思路,应用了Verilog HDL硬件语言,该语言较容易理解,使得系统的实时性得到了保证。最后,通过Quartus和Protel DXP等电子设计自动化开发工具完成嵌入式软硬件系统的设计及仿真验证;本系统设计采用FPGA+Verilog HDL+EDA工具构成的数字系统现场集成技术,该技术具有操作灵活、利用广泛以及价廉等特点。整个系统设计采用了全数字化的控制方案,使系统更加紧凑、更加合理以及经济节约。由于系统的全数字化,使得整个系统运行变得十分可靠,极大地提高了系统的实时性能及抗干扰性。