基于自适应PID控制的水下机器人推进器控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种基于自适应PID控制的水下机器人推进器控制装置，CAN数据收发模块接收推进器设定转速后传输给控制器模块，控制器模块根据霍尔传感器信号计算出推进器实时转速，控制器模块依据设定转速和实时转速，运用PID算法计算并输出相应占空比的PWM波到光电隔离驱动模块，驱动推进器转动；温度检测模块实时检测光电隔离驱动模块的MOS管温度，温度过高时，控制器模块启动保护动作。本实用新型专利技术采用自适应PID控制算法，具有自动整定控制器参数功能；采用CAN总线的通信方式方便布线与连接，占用资源较少；光电隔离驱动模块实现控制装置和推进器间的完全电气隔离，提高装置整体的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
基于自适应PID控制的水下机器人推进器控制装置
本技术属于水下机器人推进器技术，具体涉及一种基于自适应PID控制的水下机器人推进器控制装置。
技术介绍
21世纪人类面临人口膨胀和生存空间有限的矛盾，占地球表面积71％的海洋，是一个富饶而远未得到开发的宝库。水下机器人的出现为人类进行深海资源的研究与开发提供了强有力的工具。目前，水下机器人广泛应用于海洋救助与打捞、深海资源调查、海洋石油开采、水下工程施工、军事和国防建设等诸多方面，己经产生了巨大的经济效益和社会效益，具有潜在的应用前景。水下机器人作为人们探测水下世界的一种重要工具日益显示着它的重要性推进器是水下机器人的主要组成部分，将其它形式的能源转化成机械能从而推动水下机器人运动，是水下机器人的动力源泉。水下机器人在执行作业需要完成指定的姿态和动作时，推进器发挥着关键性的作用。良好的水下推进器控制系统是水下机器人姿态、航程、航速等相关性能的有力保证。因此高机动性、高可靠性、高准确性的水下机器人推进器控制系统对我们开发、利用海洋资源显得十分重要。无刷直流电机由于其高效率、高可靠性以及维护成本低等优点，在中小型水下机器人中深受青睐。目前针对于水下机器人推进器的控制装置不多，传统的水下机器人推进器的控制方式为，直接将推进器连接到水下机器人主控制器的I/O口，这样的结构大量占用水下机器人主控制器资源，且接线复杂，同时，推进器自身无法形成转速闭环，控制响应慢、精度低，而且，无法获得推进器的转速、温度等信息。目前的一些水下推进器要么计算复杂，对处理器要求比较高，不便编程与实现，运算速度慢，无法取得理想控制效果，不利于应用于实际；要么需借助工程经验数据为依据，建立专家数据库，应用范围窄，系统算法庞大，不具有普遍应用价值，且未给出控制系统的具体实现方式。
技术实现思路
专利技术目的：本技术的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种基于自适应PID控制的水下机器人推进器控制装置。技术方案：本技术的一种基于自适应PID控制的水下机器人推进器控制装置，包括数据隔离模块、CAN数据收发模块、光电隔离驱动模块、控制器模块以及温度检测模块；水下机器人主控制器发送给推进器的设定转速经过数据隔离模块的隔离作用后传输到CAN数据收发模块，CAN数据收发模块接收数据后传输给控制器模块，控制器模块根据转速设定值输出相应占空比的PWM波，并传输到光电隔离驱动模块，驱动水下机器人推进器动作；水下机器人推进器的霍尔传感器信号经过光电隔离驱动模块的隔离后传输到控制器模块，由控制器模块计算出推进器的实时转速；控制器模块以设定转速和实时转速为依据，运用PID算法计算出相应占空比的PWM波，调整水下机器人推进器的转速；所述温度检测模块紧贴光电隔离驱动模块的MOS管，实时检测MOS管的温度，MOS管实时温度高于上限值时，控制器模块启动推进器保护动作；MOS管的实时温度和推进器的实时转速通过CAN数据收发模块上传到水下机器人主控制器。进一步的，所述数据隔离模块由数字隔离芯片构成隔离电路，用以隔离推进器与主控制器之间的CAN数据信号。进一步的，所述CAN数据收发模块由CAN数据收发器芯片构成数据收发电路，完成CAN数据包的接收与发送，此处的CAN数据包包括实时温度和转速数据。进一步的，所述光电隔离驱动模块由光电耦合器、SPWM驱动电路和MOS管构成隔离驱动电路，完成控制器模块与推进器之间的完全电气隔离以及推进器的驱动，抗干扰能力强，避免推进产生的干扰信号传输到控制装置。进一步的，所述控制器模块由控制器芯片构成最小系统电路，完成CAN数据包的解析和打包处理、霍尔传感器信号的解算、控制算法的实现、PWM波的产生以及实时温度的计算。有益效果：与现有技术相比，本技术具有以下优点：(1)本技术采用自适应PID控制算法，既有常规PID控制算法的结构简单、工作稳定、鲁棒性较强等优点，又具有根据误差大小自适应调整控制器参数、能够适应被控过程参数变化等优点；(2)本技术采用CAN总线的通信方式，方便多个推进器控制装置的布线与连接，占用水下机器人主控制器的IO口资源较少，且通信速度快，稳定性高；(3)本技术采用光电隔离驱动模块，实现了主控制器与推进器之间的完全电气隔离，避免推进器的干扰信号传递到控制器模块，提高了控制器模块的稳定性和精度；(4)本技术可以实时获得推进器的转速、温度等信息，为水下机器人主控制器实现各种算法提供数据支持，且具有故障保护功能，安全系数高；(5)本技术所用器件较少，体积小，成本低，方便安装使用。附图说明图1为本技术的数据流向图；图2为本技术的结构示意图。具体实施方式下面对本技术技术方案进行详细说明，但是本技术的保护范围不局限于所述实施例。如图1所示，本技术一种基于自适应PID控制的水下机器人推进器控制装置，包括数据隔离模块1、CAN数据收发模块2、控制器模块3、光电隔离驱动模块4以及温度检测模块5。如图2所示，本技术中的整个控制装置放置于外壳(未图示)内，为了保证温度的准确测量，将温度传感器模块紧贴光电隔离驱动模块的MOS管放置。数据隔离模块1与CAN数据收发模块2连接，CAN数据收发模块2与控制器模块3连接，控制器模块3同时与光电隔离驱动模块4、温度检测模块5连接。其中，数据隔离模块1由数字隔离芯片构成隔离电路，完成推进器控制装置与水下机器人主控制器之间信号隔离。CAN数据收发模块2由CAN数据收发器芯片构成数据收发电路，完成CAN数据包的接收与发送。控制器模块3由控制器芯片构成最小系统电路，完成CAN数据包的解析和打包处理、霍尔传感器信号的解算、控制算法的实现、PWM波的产生以及实时温度的计算。光电隔离驱动模块4由光电耦合器、SPWM驱动电路和MOS管构成隔离驱动电路，完成控制装置与推进器之间的完全电气隔离以及推进器的驱动，抗干扰能力强，避免推进产生的干扰信号传输到控制装置。水下机器人主控制器发送给推进器的设定转速经过数据隔离模块1的隔离作用后传输到CAN数据收发模块2，CAN数据收发模块2接收后传输给控制器模块3，控制器模块3根据转速设定值输出相应占空比的PWM波，传输到光电隔离驱动模块，驱动推进器动作；推进器的霍尔传感器信号经过光电隔离驱动模块4的隔离后传输到控制器模块3，由控制器模块计算出推进器的实时转速；控制器模块3以设定转速和实时转速为依据，运用PID算法计算出相应占空比的PWM波，调整推进器转速；所述温度检测模块5紧贴光电隔离驱动模块的MOS管，实时检测其温度，温度高于上限值时，控制器模块3启动推进器保护动作；MOS管实时温度与推进器实时转速通过CAN数据收发模块2上传到水下机器人的主控制器中。上述基于自适应PID控制的水下机器人推进器控制装置的控制方法，具体步骤如下：步骤一：水下机器人主控制器通过CAN通信的方式，将推进器的设定转速nd以及光电隔离驱动模块4的MOS管的上限温度Td放在CAN数据包中，CAN数据收发模块2接收后传输给控制器模块3，控制器模块3接收并解析指定的CAN数据包，经过CAN数据包处理31，将推nd、Td保存到固定空间；步骤二：控制器模块3采集推进器的霍尔传感器信号，经过霍尔数据处理35，实时计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自适应PID控制的水下机器人推进器控制装置，其特征在于：包括数据隔离模块、CAN数据收发模块、光电隔离驱动模块、控制器模块以及温度检测模块；水下机器人主控制器发送给推进器的设定转速经过数据隔离模块的隔离作用后传输到CAN数据收发模块，CAN数据收发模块接收数据后传输给控制器模块，控制器模块根据转速设定值输出相应占空比的PWM波，并传输到光电隔离驱动模块，驱动水下机器人推进器动作；水下机器人推进器的霍尔传感器信号经过光电隔离驱动模块的隔离后传输到控制器模块，由控制器模块计算出推进器的实时转速；控制器模块以设定转速和实时转速为依据，运用PID算法计算出相应占空比的PWM波，调整水下机器人推进器的转速；所述温度检测模块紧贴光电隔离驱动模块的MOS管，实时检测MOS管的温度，MOS管实时温度高于上限值时，控制器模块启动推进器保护动作；MOS管的实时温度和推进器的实时转速通过CAN数据收发模块上传到水下机器人主控制器。

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应PID控制的水下机器人推进器控制装置，其特征在于：包括数据隔离模块、CAN数据收发模块、光电隔离驱动模块、控制器模块以及温度检测模块；水下机器人主控制器发送给推进器的设定转速经过数据隔离模块的隔离作用后传输到CAN数据收发模块，CAN数据收发模块接收数据后传输给控制器模块，控制器模块根据转速设定值输出相应占空比的PWM波，并传输到光电隔离驱动模块，驱动水下机器人推进器动作；水下机器人推进器的霍尔传感器信号经过光电隔离驱动模块的隔离后传输到控制器模块，由控制器模块计算出推进器的实时转速；控制器模块以设定转速和实时转速为依据，运用PID算法计算出相应占空比的PWM波，调整水下机器人推进器的转速；所述温度检测模块紧贴光电隔离驱动模块的MOS管，实时检测MOS管的温度，MOS管实时温度高于上限值时，控制器模块启动推进器保护动作；MOS管的实时温度和推进器的实时转速通过CAN数据收发模块上传到水下机器人主控制器。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴晓强，邹博，刘维亭，赵强，袁文华，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32