[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

说明书

本发明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及其控制方法，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。本发明采用自适应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。

技术领域

本发明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及其控制方法。

背景技术

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。

发明内容

发明目的：本发明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及其控制方法。

技术方案：本发明的一种基于自适应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。