[发明专利]基于自适应PID控制的水下机器人推进器控制装置及其控制方法

权利要求书

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；

基于自适应PID控制的水下机器人推进器依次包括接收设定转速、实际转速的计算、控制算法的实现和PWM波的输出，具体包括以下步骤：

步骤一：水下机器人主控制器通过CAN数据收发模块将推进器的设定转速以及温度上限设定值放在CAN数据包中，控制器模块接收并解析指定的CAN数据包，将推进器设定转速以及温度上限设定值保存到固定空间；

步骤二：控制器模块采集推进器的霍尔传感器信号，实时计算推进器的实时转速，将推进器的实时转速保存到固定空间；

步骤三：控制器模块采集温度检测模块的温度信号，实时计算光电隔离驱动模块的MOS管温度，将MOS管的实时温度保存到固定空间；

步骤四：控制器模块根据设定转速和实时转速，运行PID算法，输出相应占空比的PWM波，PWM波传输到光电隔离驱动模块后驱动推进器动作，当推进器转速超调过大或响应时间过长时，则控制模块启动自适应PID参数整定程序，运用参数逼近原则，对系统的PID参数进行重新调整，其中，超调范围和响应时间根据需求而定；

步骤五：温度检测模块实时检测光电隔离驱动模块的MOS管度，当MOS管温度高于上限值时，则说明推进器功率过高，发生故障，此时，控制器模块停止PWM波的输出，并将故障信息通过CAN通信发送到水下机器人主控制器，其余模块正常工作，当温度回到正常范围时，控制器模块正常输出PWM波，故障信号解除；

步骤六：控制器模块将MOS管的实时温度以及推进器的实时转速放置到CAN数据包中，由CAN数据收发模块将数据包发送到水下机器人主控制器。

2.根据权利要求1所述的基于自适应PID控制的水下机器人推进器控制装置，其特征在于：所述数据隔离模块由数字隔离芯片构成隔离电路，用以隔离推进器与水下机器人主控制器之间的CAN数据信号。

3.根据权利要求1所述的基于自适应PID控制的水下机器人推进器控制装置，其特征在于：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。

4.根据权利要求1所述的基于自适应PID控制的水下机器人推进器控制装置，其特征在于：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。

5.根据权利要求1所述的基于自适应PID控制的水下机器人推进器控制装置，其特征在于：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。