水下发射装置的运动控制是海洋工程实验的主要研究方向之一。由于水下环境的特殊性,水下发射装置需要考虑特殊的可靠性及安全性问题;同时,发射装置在运动过程中,会受到负载转动惯量和水阻力矩的影响。为了解决这些问题,本文实现了水下二自由度发射测控系统,该装置能够控制发射筒完成正弦运动、等速运动等运动模式,具体工作如下:(1)根据水下发射装置系统功能及主要技术指标,设计了水下发射装置的总体结构;分别从加工工艺和机械结构上,解决了轴承旋转同心度、传动系统水密性、发射管夹持等问题。(2)通过水下发射装置的运动特性,分析确定了电机的额定扭矩和额定转速;校核了齿面接触强度、齿根弯曲强度以及传动系统结构强度,证实了水下发射装置的负载能力能够满足技术指标。(3)阐述了水下发射装置测控系统设计方案,以德国倍福公司的测控产品为核心组建了控制系统方案,实现了对电机的控制以及对实验中各运动状态的数据采集。(4)对水下发射装置进行建模与仿真,采用三环PID控制算法,解决水下发射装置负载转动惯量和水阻力矩等问题,并通过实验验证,该算法取得了很好的效果。(5)在搭建的水下发射装置上,对传动系统的水密性、发射筒点动联动、限位功能以及点火功能进行了实验,验证了水下发射装置能够满足项目指标的要求。