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系統識別號 U0026-1908202017505600
論文名稱(中文) 應用模糊理論於水下載具姿態之控制
論文名稱(英文) The Application of Fuzzy Theorem in Attitude Control of Autonomous Underwater Vehicle
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 系統及船舶機電工程學系
系所名稱(英) Department of Systems and Naval Mechatronic Engineering
學年度 108
學期 2
出版年 109
研究生(中文) 王瑞誠
研究生(英文) Jui-Cheng Wang
學號 P16071070
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 66頁
口試委員 指導教授-林忠宏
口試委員-邵維揚
口試委員-陳柏汎
口試委員-陳政宏
中文關鍵字 水下載具  模糊控制 
英文關鍵字 AUV  Fuzzy control 
學科別分類
中文摘要 本研究為探討水下無人載具(Autonomous Underwater Vehicle)三個自由度的控制,由直流馬達控制載具在縱軸方向的前行速度,前、後壓載水櫃負責控制載具的下潛與上浮以及俯仰的運動,並使用十字舵控制載具的偏擺、俯仰與深度。
載具採用一體式水下無人載具,載具內裝有壓力傳感器讀取載具深度數據並使用陀螺儀讀取俯仰、偏擺、翻滾之數據,以及採用嵌入式電腦與微控制器做為計算與傳送載具運動指令的控制器,最後使用步進馬達、伺服馬達、直流馬達來完成運動。
在通訊方面使用無線網路系統,以此使岸端與水面上的載具能夠相互通訊,
並下達控制指令給予載具端的嵌入式電腦,而載具端藉由傳感器的數值讀取,會在嵌入式電腦計算出模糊控制程式之輸出結果,最後由微控制器傳遞訊號給制動器。
本研究於成功大學拖行水槽進行實驗,提供實驗數據驗證模糊控制同時控制偏擺、深度、俯仰之可行性並穩定其控制結果。
英文摘要 This paper is to discuss the control of three degrees of freedom in Autonomous Underwater Vehicle. The forward speed of the AUV in the longitudinal axis direction is controlled by DC motor and the front and back ballast tanks are responsible for controlling heave and pitch changes of AUV. Then we use the cross-form rudder to control yaw, pitch and heave changes of AUV.
The vehicle adopts the AUV which is an integrated style and it has installed pressure transducer to measure data of depth and gyroscope to measure data of pitch, yaw, and roll.We apply the embedded computer to calculate and transmit motion commands.At last we use DC motor, stepper motor and servo motor to complete the final motion command.
In the design of electric and control system, we use wireless lan to communicate with AUV.Therefore shore and AUV can communicate with each other and it can also issue the control commands to the embedded computer witch was installed in AUV. The vehicle reads the data of the sensor, and calculates the output result in the fuzzy controller of the embedded computer.Then microcontroller send the outputs to motors.
The experiment of AUV was tested in NCKU towing tank and Anping Harbor.The results offer the feasibility of fuzzy controller and optimize its control results by experimental data.
論文目次 摘要 I
ABSTRACT II
致謝 VII
目錄 VIII
圖目錄 XI
表目錄 XIV
第1章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.2.1 載具硬體設施 2
1.2.2 載具控制系統 7
1.2.3 模糊理論概述 9
1.3 本文架構 14
第2章 載具之運動系統 15
2.1 起伏與俯仰運動系統 15
2.1.1 起伏運動 15
2.1.2 俯仰運動 15
2.1.3 起伏與俯仰控制流程 17
2.2 偏擺與縱向運動 18
2.2.1 偏擺運動 19
2.2.2 縱向運動 21
第3章 載具電控系統 24
3.1 傳感器規格 25
3.1.1 陀螺儀傳感器 25
3.1.2 壓力計傳感器 27
3.1.3 限位開關(Limit Switch) 28
3.2 通訊系統 29
3.3 制動器規格(Actuation) 30
3.3.1 雙壓載水櫃系統-步進馬達 31
3.3.2 舵翼系統-伺服馬達 33
3.3.3 推進系統-直流馬達 36
3.4 電力系統 36
3.5 控制器系統 38
3.5.1 主控制器 39
3.5.2 微控制器 40
3.5.3 馬達驅動器(Motor Driver) 41
第4章 運動控制系統 42
4.1 模糊控制器 42
4.2 模糊化 42
4.3 模糊知識庫 45
4.4 模糊推論 46
4.5 解模糊化 48
第5章 系統整合與試驗 49
5.1 系統整合 49
5.2 實驗結果 51
5.2.1 深度控制實驗 52
5.2.2 垂直舵翼控制實驗 56
5.2.3 水平舵翼控制實驗 58
5.2.4 整合控制實驗 61
第6章 結論 64
參考文獻 65


參考文獻 [1] CUAUV,Available:https://cuauv.org/Vehicle
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[19] 陳政吉 “順流型俯仰姿態可調整式水下載具之研發” 成功大學系統及船舶機電工程學系碩士論文,96年7月
[20] 張平儒 “順流型水文資訊自動量測載具之研發” 成功大學系統及船舶機電工程學系碩士論文,94年7月
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[26] 伺服馬達https://www.graupner.com/
[27] MTi-630 https://www.xsens.com/
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