張超華，唐國(guó)元，黃道敏，2，朱秋晨

1華中科技大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院，湖北武漢430074

2武漢空軍預(yù)警學(xué)院，湖北武漢430010

自主潛航器姿態(tài)控制力矩陀螺群的DSP控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張超華1，唐國(guó)元1，黃道敏1，2，朱秋晨1

1華中科技大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院，湖北武漢430074

2武漢空軍預(yù)警學(xué)院，湖北武漢430010

傳統(tǒng)舵面執(zhí)行機(jī)構(gòu)在自主潛航器低速或零速狀態(tài)時(shí)對(duì)其進(jìn)行姿態(tài)控制舵效不足，為改善其操縱性能，引入框架控制力矩陀螺（CMG）作為自主潛航器的姿態(tài)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其中驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由4臺(tái)高速無刷直流電機(jī)及4臺(tái)減速電機(jī)組成?？紤]到自主潛航器對(duì)控制力矩陀螺電機(jī)的性能要求，設(shè)計(jì)了以數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）TMS320F2812為核心的永磁無刷直流電機(jī)與蝸輪蝸桿減速電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)，包括DSP主控模塊、PWM光電隔離模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、JTAG接口模塊、RS-232串行通信模塊等硬件電路及系統(tǒng)上、下位機(jī)的控制軟件程序。設(shè)計(jì)并制作了外圍電路板，實(shí)現(xiàn)了對(duì)無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的陀螺轉(zhuǎn)子進(jìn)行啟動(dòng)停止、轉(zhuǎn)速給定、轉(zhuǎn)速測(cè)量等控制任務(wù)，以及蝸輪蝸桿減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的陀螺框架啟停及正反轉(zhuǎn)響應(yīng)迅速。試驗(yàn)表明，所設(shè)計(jì)的DSP控制系統(tǒng)能較好地滿足自主潛航器姿態(tài)控制需求。

潛航器；控制力矩陀螺；姿態(tài)控制；數(shù)字信號(hào)處理器；無刷直流電機(jī)

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1755.TJ.20160921.1323.010.html期刊網(wǎng)址：www.ship-research.com

引用格式：張超華，唐國(guó)元，黃道敏，等.自主潛航器姿態(tài)控制力矩陀螺群的DSP控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.中國(guó)艦船研究，2016，11（5）：107-112，142.

ZHANG Chaohua，TANG Guoyuan，HUANG Daomin，et al.Design of the autonomous underwater vehicle control moment gyro system based on DSP［J］.Chinese Journal of Ship Research，2016，11（5）：107-112，142.

0　引言

自主潛航器的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)控制是其完成指定任務(wù)的前提與保障。隨著自主潛航器在海洋領(lǐng)域應(yīng)用的更加專業(yè)化以及多樣化，為提高自主潛航器的工作效率、壽命、機(jī)動(dòng)性及抵御惡劣環(huán)境的能力，一種內(nèi)置式的新型自主潛航器姿態(tài)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)——框架控制力矩陀螺（CMG）相繼被提出［1］，期望利用旋轉(zhuǎn)裝置陀螺效應(yīng)產(chǎn)生的附加力矩去控制自主潛航器的姿態(tài)。自主潛航器在海洋資源勘測(cè)開發(fā)與海軍武器戰(zhàn)略部署方面具有廣闊的發(fā)展前景和巨大的應(yīng)用價(jià)值，與傳統(tǒng)的“螺旋槳+舵”執(zhí)行機(jī)構(gòu)相比，采用內(nèi)部CMG執(zhí)行機(jī)構(gòu)不僅可以避免海水腐蝕，還可不依賴于流體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，甚至可用于低速或零速的場(chǎng)合，有利于保持殼體的完整性，更易于優(yōu)化設(shè)計(jì)。

CMG是一種動(dòng)量交換裝置，由勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的陀螺轉(zhuǎn)子以及支撐轉(zhuǎn)子的外框架組成，通過框架轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)使陀螺轉(zhuǎn)子的角動(dòng)量方向發(fā)生改變從而實(shí)現(xiàn)力矩輸出。控制力矩陀螺輸出力矩大、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、工作穩(wěn)定可靠，滿足大型航天器姿態(tài)控制和快速機(jī)動(dòng)的要求，目前已在國(guó)內(nèi)外的航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用［2］。唐國(guó)元等［3］建立了基于CMG的自主潛航器運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型，并且考慮到自主潛航器可能進(jìn)行的大姿態(tài)角機(jī)動(dòng)，其采用歐拉四元數(shù)方法建模，通過深入的理論研究與仿真分析，充分肯定了控制力矩陀螺在自主潛航器姿態(tài)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用價(jià)值，并在文獻(xiàn)［4］中設(shè)計(jì)并研制了相應(yīng)的姿態(tài)控制力矩陀螺群（CMGs），其中驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由4臺(tái)高速無刷直流電機(jī)及4臺(tái)蝸輪蝸桿減速電機(jī)組成。

無刷直流電機(jī)利用電子換向器取代了傳統(tǒng)直流電機(jī)中的電刷和機(jī)械換向器，極大地提高了電機(jī)的工作效率與調(diào)速性能，利用它來驅(qū)動(dòng)陀螺轉(zhuǎn)子具有速度穩(wěn)定、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)［5］；蝸輪蝸桿減速電機(jī)輸出力矩大、轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，利用它來驅(qū)動(dòng)陀螺框架滿足系統(tǒng)控制需求。電機(jī)的控制方案有許多種，如基于單片機(jī)的電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)［6］、基于FPGA的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)［7］和采用數(shù)字信號(hào)處理器（Digital Signal Processor，DSP）作為主控制器的控制系統(tǒng)［8］。由于DSP的控制精度高、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、接口豐富，本文將以TMS320F2812 DSP芯片作為控制核心，設(shè)計(jì)無刷直流電機(jī)與蝸輪蝸桿減速電機(jī)的調(diào)速驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。

1　控制系統(tǒng)原理

在自主潛航器姿態(tài)控制系統(tǒng)中，4個(gè)單框架控制力矩陀螺呈金字塔構(gòu)型布置于潛航器內(nèi)部，組成控制力矩陀螺群，由潛航器內(nèi)部2個(gè)平行的導(dǎo)槽進(jìn)行位置固定，如圖1所示（圖中除去了潛航器尾部的螺旋槳部分）。陀螺外框架轉(zhuǎn)動(dòng)將使陀螺轉(zhuǎn)子的角動(dòng)量方向發(fā)生改變，從而產(chǎn)生陀螺力矩作用在框架基座（潛航器殼體）上，驅(qū)動(dòng)自主潛航器完成姿態(tài)機(jī)動(dòng)任務(wù)。陀螺轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速快，穩(wěn)速精度高，采用永磁無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制；陀螺框架轉(zhuǎn)速低，速度變化快，采用蝸輪蝸桿減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制。因此，基于CMGs的自主潛航器姿態(tài)控制系統(tǒng)的核心就是對(duì)4臺(tái)無刷直流電機(jī)與4臺(tái)蝸輪蝸桿減速電機(jī)的轉(zhuǎn)速的控制，通過結(jié)合力矩陀螺群金字塔構(gòu)型的姿態(tài)控制律與陀螺操縱律，實(shí)時(shí)調(diào)整電機(jī)的工作狀態(tài)，從而確保實(shí)現(xiàn)三軸穩(wěn)定的力矩輸出。姿態(tài)控制系統(tǒng)整體框圖如圖2所示。

圖1　CMGs構(gòu)型及安裝示意圖Fig.1The configuration and installation diagram of CMGs

圖2　控制系統(tǒng)原理框圖Fig.2Control system block diagram

2　系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用一塊型號(hào)為TMS320F2812的DSP芯片加外圍電路以及驅(qū)動(dòng)電路來實(shí)現(xiàn)對(duì)4臺(tái)高速無刷直流電機(jī)與4臺(tái)蝸輪蝸桿減速電機(jī)的控制，電機(jī)控制系統(tǒng)原理框圖如圖3所示（圖中只列出了1臺(tái)無刷直流電機(jī)與2臺(tái)蝸輪蝸桿減速電機(jī)的控制原理，其余電機(jī)控制方法與此類似）。

圖3　電機(jī)控制系統(tǒng)原理框圖Fig.3The control system block diagram of motors

電機(jī)控制系統(tǒng)主要由PC上位機(jī)、2812主控芯片、光電隔離電路以及驅(qū)動(dòng)電路組成。其中：PC上位機(jī)主要進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送、接收與顯示任務(wù)；以TMS320F2812芯片為核心的控制部分負(fù)責(zé)控制運(yùn)算、PWM轉(zhuǎn)速脈沖輸出及轉(zhuǎn)速測(cè)量等任務(wù)；驅(qū)動(dòng)電路將DSP芯片輸出的弱電控制信號(hào)進(jìn)行功率放大，輸出具有一定驅(qū)動(dòng)能力的強(qiáng)電信號(hào)去控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。由于DSP控制器芯片I/O口的工作電壓為3.3 V，而所選用無刷直流電機(jī)集成驅(qū)動(dòng)器DBLS-02與蝸輪蝸桿減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N的引腳工作電壓均為5 V，即TMS320F2812 DSP芯片輸出的控制信號(hào)不足以觸發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部功率管的通斷，因此本系統(tǒng)還需采用一光耦合器對(duì)控制部分和功率驅(qū)動(dòng)部分進(jìn)行光電隔離，這樣既可實(shí)現(xiàn)不同電壓之間的信號(hào)變換，又能防止控制電路與驅(qū)動(dòng)電路之間的電磁干擾。

2.1無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路選用智能集成驅(qū)動(dòng)器DBLS-02，該控制驅(qū)動(dòng)器為閉環(huán)速度型控制器，采用最新型的IGBT和MOS功率器件，控制環(huán)節(jié)設(shè)有PID速度調(diào)節(jié)器，通過對(duì)無刷直流電機(jī)的霍爾信號(hào)進(jìn)行倍頻來實(shí)現(xiàn)閉環(huán)速度控制。該電機(jī)驅(qū)動(dòng)器不僅具有欠壓檢測(cè)、過流保護(hù)、霍爾信號(hào)故障報(bào)警等保護(hù)功能，而且其斬波頻率達(dá)1 kHz，占空比可在0%～100%內(nèi)變化，能夠處理0～5 V電平的標(biāo)準(zhǔn)邏輯信號(hào)。無刷直流電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器連接方式如圖4所示。

無刷直流電機(jī)的啟停、正反轉(zhuǎn)及剎車信號(hào)是通過DSP芯片引腳輸出的高低電平進(jìn)行控制，DSP在接收到霍爾傳感器反饋的電機(jī)速度信號(hào)后，經(jīng)過控制算法處理及光電隔離電路，即可輸出幅值為5 V、頻率為1 kHz的脈沖寬度數(shù)字信號(hào)（PWM），該信號(hào)施加在驅(qū)動(dòng)器調(diào)速電壓輸入端，電機(jī)轉(zhuǎn)速受其占空比的線性調(diào)節(jié)。

圖4　驅(qū)動(dòng)器連接原理圖Fig.4Drive's wiring diagram

2.2蝸輪蝸桿減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

蝸輪蝸桿減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由L298N驅(qū)動(dòng)芯片加外圍電路搭建而成，驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖5所示。L298N是SGS公司生產(chǎn)的一種體積小、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)的高效脈寬調(diào)制功率放大器件，其內(nèi)部包含2個(gè)H橋型高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)單元，采用標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平控制，可以用來驅(qū)動(dòng)2臺(tái)直流電機(jī)［9］。引腳ENA（ENB）為使能端，外接DSP芯片輸出的PWM調(diào)速信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)蝸輪蝸桿減速電機(jī)1（電機(jī)2）的速度控制，IN1，IN2（IN3，IN4）為電機(jī)轉(zhuǎn)向控制輸入端，通過對(duì)這2個(gè)引腳輸入不同組合的高低電平來控制電機(jī)的啟停與正反轉(zhuǎn)。D1～D8為續(xù)流二極管，用來釋放電機(jī)啟停瞬間線圈繞組所產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)，以保護(hù)功率開關(guān)器件。D9～D12為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向指示燈，用于顯示電機(jī)正反轉(zhuǎn)狀態(tài)。

圖5　L298N驅(qū)動(dòng)電路原理圖Fig.5The drive circuit diagram of L298N

2.3光電隔離電路

本系統(tǒng)采用6N137光耦合器對(duì)控制部分和功率驅(qū)動(dòng)部分進(jìn)行光電隔離。6N137芯片內(nèi)部由1個(gè)850 nm波長(zhǎng)的LED和1個(gè)集成檢測(cè)器組成，集成檢測(cè)器用來識(shí)別LED發(fā)出的光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，用以控制后續(xù)外圍電路的通斷，實(shí)現(xiàn)光電隔離。6N137外圍連接電路如圖6所示。TMS320F2812主控芯片輸出的幅值為3.3 V、頻率為1 kHz的PWM波形經(jīng)6N137光耦合器處理之后，即可得到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器所需的幅值為5 V、頻率為1 kHz的PWM控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了不同電壓之間的信號(hào)變換，同時(shí)又能防止控制電路與驅(qū)動(dòng)電路之間的電磁干擾。

圖6　6N137光耦合器外圍電路圖Fig.6The external circuit of 6N137

2.4串行通信及仿真接口電路

TMS320F2812芯片具有異步串行通信接口SCI，該接口可以外接MAX3232芯片，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的串行通信功能。MAX3232是符合RS-232標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)芯片，集成度高，功耗低，采用+3.3 V供電，具有2個(gè)接收和發(fā)送通道，通過標(biāo)準(zhǔn)DB9接口實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與上位機(jī)的連接［10］。MAX3232串行通信接口原理如圖7所示。

圖7　串行通信接口原理Fig.7Principle of the serial interface

聯(lián)合測(cè)試工作組（Joint Test Action Group，JTAG）接口主要用于程序的下載、調(diào)試和燒錄，支持在線調(diào)試仿真，能夠大幅降低DSP系統(tǒng)硬件開發(fā)的難度。TMS320F2812芯片與外部JTAG電纜相連是通過標(biāo)準(zhǔn)14引腳仿真接口來實(shí)現(xiàn)的，該端口提供了5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的JTAG調(diào)試信號(hào)（TRST，TCK，TMS，TDI，TDO）和2個(gè)仿真節(jié)點(diǎn)（EMU0，EMU1）［11］。JTAG接口外圍電路如圖8所示。

圖8　JTAG接口外圍電路Fig.8The JTAG circuit

3　控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

CCS（Code Composer Studio）是目前應(yīng)用最為廣泛的DSP系統(tǒng)集成開發(fā)環(huán)境，利用它進(jìn)行TMS320F2812的程序設(shè)計(jì)是控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的核心部分。無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)思想，主要包括系統(tǒng)初始化模塊、定時(shí)器中斷響應(yīng)模塊、反饋信號(hào)采集與處理模塊、PWM波形產(chǎn)生與控制模塊。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程如圖9所示。

圖9　電機(jī)控制系統(tǒng)軟件流程圖Fig.9The software flowchart of motor control system

系統(tǒng)上電復(fù)位后，主程序首先完成系統(tǒng)的初始化任務(wù)，包括關(guān)閉看門狗、配置PLL時(shí)鐘、設(shè)定GPIO口工作模式、初始化DSP事件管理器模塊等，然后等待上位機(jī)控制指令及系統(tǒng)周期中斷的到來。系統(tǒng)有2級(jí)中斷，事件管理器中斷和串口中斷，其中串口中斷又分為發(fā)送中斷與接收中斷，負(fù)責(zé)發(fā)送系統(tǒng)信息給上位機(jī)并接收上位機(jī)的控制指令。事件管理器中斷由DSP通用定時(shí)器產(chǎn)生，每當(dāng)通用定時(shí)器的計(jì)數(shù)寄存器（TxCON）與周期寄存器（TxPR）的值相等時(shí)，發(fā)生事件管理器中斷，系統(tǒng)進(jìn)入中斷處理子程序，并將捕獲單元（CAP）獲得的電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)與上位機(jī)給定的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)相比較，若未達(dá)到給定速度，則繼續(xù)增大PWM的占空比，以提高電機(jī)轉(zhuǎn)速并等待下一次定時(shí)器中斷的到來；若電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到給定速度，則保持PWM的占空比不變，電機(jī)穩(wěn)速運(yùn)行。

4　試驗(yàn)結(jié)果

前面設(shè)計(jì)了無刷直流陀螺電機(jī)與蝸輪蝸桿減速電機(jī)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)控制方案，根據(jù)上述硬件電路原理與軟件設(shè)計(jì)流程，制作外圍電路板并向TMS320F2812主控芯片中寫入控制程序，進(jìn)行直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)CMGs的控制試驗(yàn)。

圖10　無刷直流陀螺電機(jī)升速與穩(wěn)速曲線Fig.10The acceleration and steady velocity curve of DC motor

圖11　電機(jī)穩(wěn)速條件下的PWM控制波形Fig.11The PWM control signal of motors in steady velocity

無刷直流電機(jī)的額定電壓為24 V，額定轉(zhuǎn)速為10 000 r/min，電機(jī)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)PWM的占空比每隔1 s增加0.2%，直至電機(jī)達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行。設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速為4 000 r/min，試驗(yàn)測(cè)得電機(jī)從零速啟動(dòng)至目標(biāo)轉(zhuǎn)速的升速過程及穩(wěn)速曲線如圖10所示，速度穩(wěn)定之后，相應(yīng)的調(diào)速控制輸入PWM波形如圖11所示。從圖示的測(cè)試結(jié)果可以看出，無刷直流陀螺電機(jī)啟動(dòng)過程平穩(wěn)，當(dāng)施加在電機(jī)驅(qū)動(dòng)器調(diào)速電壓輸入端的PWM信號(hào)的占空比增大至40%時(shí)，電機(jī)達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速，穩(wěn)定在4 000 r/min左右運(yùn)行，系統(tǒng)控制精度高，具有良好的動(dòng)態(tài)性能。蝸輪蝸桿減速電機(jī)的額定工作電壓為12 V，額定轉(zhuǎn)速為6 r/min，給定一正弦速度輸入控制信號(hào)，測(cè)得其輸出響應(yīng)曲線如圖12所示?？梢钥闯?，蝸輪蝸桿減速電機(jī)的啟停與正反轉(zhuǎn)響應(yīng)迅速，可以實(shí)時(shí)改變陀螺框架的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

在實(shí)驗(yàn)室對(duì)自主潛航器進(jìn)行了姿態(tài)機(jī)動(dòng)原理驗(yàn)證性試驗(yàn)，即將潛航器水平懸掛于空中，陀螺框架與陀螺轉(zhuǎn)子按給定速度變化規(guī)律運(yùn)行，觀察潛航器在水平面內(nèi)的姿態(tài)機(jī)動(dòng)效果。艇體姿態(tài)變換過程如圖13所示。由圖可以看出，大約在10 s時(shí)間范圍內(nèi)，姿態(tài)傳感器測(cè)得潛航器在水平面內(nèi)沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了70°，姿態(tài)角度變化明顯，所設(shè)計(jì)的控制力矩陀螺群DSP控制系統(tǒng)從原理上能夠滿足自主潛航器的姿態(tài)控制需求。

圖12　蝸輪蝸桿減速電機(jī)速度響應(yīng)曲線Fig.12The speed response curve of worm gear reducer motor

圖13　自主潛航器姿態(tài)機(jī)動(dòng)過程圖Fig.13Attitude changes of the autonomous underwater vehicle

5　結(jié)語(yǔ)

本文以TMS320F2812 DSP芯片作為控制核心，設(shè)計(jì)了自主潛航器姿態(tài)控制力矩陀螺群的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，并完成了系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)工作。在此基礎(chǔ)上，搭建試驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行CMGs的驅(qū)動(dòng)控制及自主潛航器的姿態(tài)機(jī)動(dòng)試驗(yàn)，結(jié)果表明，無刷直流電機(jī)所驅(qū)動(dòng)的陀螺轉(zhuǎn)子啟動(dòng)過程平穩(wěn)，能在期望的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行；蝸輪蝸桿減速電機(jī)輸出力矩大，所驅(qū)動(dòng)的陀螺框架動(dòng)態(tài)響應(yīng)迅速，滿足系統(tǒng)控制需求?？刂屏赝勇萑旱腄SP控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定，潛航器在空氣環(huán)境下姿態(tài)機(jī)動(dòng)效果明顯，充分說明了CMGs作為自主潛航器姿態(tài)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的有效性與可行性。

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Design of the autonomous underwater vehicle control moment gyro system based on DSP

ZHANG Chaohua1，TANG Guoyuan1，HUANG Daomin1，2，ZHU Qiuchen1
1 School of Naval Architecture and Ocean Engineering，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China
2 Wuhan Air Force Early-Warning Academy，Wuhan 430010，China

To improve the low velocity control performance of Autonomous Underwater Vehicles（AUVs），a single gimbal Control Moment Gyro（CMG）is introduced as the attitude control system，the drive system of which consists of four brushless DC motors and four reducer motors.Considering the need of AUV for CMG motors，a steady-speed control system is presented in which the brushless DC motors and worm gear reducer motors are based on TMS320F2812.The DSP controller module，PWM photoelectric buffer module，drive module，JTAG interface module，RS-232 SCI module and software program of the system are included.In building the peripheral circuit，only a single DSP chip is employed to control the starting or stopping and realize the measurement of the working statement of the four brushless DC motors，and the forward or reverse response speed of the worm gear reducer motors can also be accepted.The experiment shows that the designed DSP control system of CMG can satisfy the attitude control requirements of AUVs.

autonomous underwater vehicle；moment control gyro；attitude control；Digital Signal Processor（DSP）；brushless DC motor

U674.941

A

10.3969/j.issn.1673-3185.2016.05.016

2015-12-15網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-9-21 13:23

湖北省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2013CFB154）；上海交通大學(xué)海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助項(xiàng)目（1304）

張超華（通信作者），男，1991年生，碩士生。研究方向：艦船與水下航行體運(yùn)動(dòng)控制，硬件電路開發(fā)。

E-mail：1254792966@qq.com

唐國(guó)元，男，1973年生，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師。研究方向：艦船與水下航行體運(yùn)動(dòng)控制，艦船機(jī)電控制系統(tǒng)。E-mail：tgyuan@yeah.net

黃道敏，女，1971年生，博士。研究方向：水下機(jī)器人，機(jī)電控制技術(shù)。

E-mail：392821027@qq.com