[發明專利]一種用于浮力調節裝置的控制系統

在審

• 申請號: 201611127442.8
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN108609145A
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 李默竹;鄭榮;任福琳;梁保強;安家玉;梁洪光
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: B63G8/24
• 分類號: B63G8/24;B63G8/26
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富

本發明涉及一種用于浮力調節裝置的控制系統，包括微處理器單元、數字I/O單元、模擬量采集單元、控制管理電路、電源模塊、通信協議轉換器、直流電機、電磁閥、傳感器等。系統可以根據實際情況的變化對液壓系統進行控制，通過傳油來改變內外皮囊的體積比例，進而實現調節浮力的功能。在系統中，微處理器是系統最核心的組成部分，并通過串口與計算機通信。同時，微處理器還會通過總線與數字I/O單元、模擬量采集單元進行數據的交互。控制管理電路對電機等設備進行控制，同時能夠采樣電機運行時的電流狀態，以實現穩定的閉環控制。電源模塊為控制設備和動力設備分別供電。本發明具有體積小、運行穩定可靠等特點，適合用于水下設備浮力自動調節的需求。

技術領域

本發明涉及控制水下航行器浮力狀態的自主調節，具體的說是一種用于浮力調節裝置的控制系統。

背景技術

無人水下航行器(UUV)是一種融合了多種技術的新型航行體，其中主要包括防水結構設計、推進器技術、能量儲存與應用、計算機控制、數據融合處理、定位導航、遠程通信、傳感器等方面。目前，UUV可以應用于海洋資源的勘探、海洋油氣的開發、水下線纜的敷設等。因此具有很廣闊的發展前景。由于在每次的作業過程中所要搭載的設備不盡相同，因此載體在每次入水時的浮力狀態都不相同，浮心、重心等參數就會發生變化，這樣就需要人工的重新對載體進行配平。

傳統的方法是對載體進行靜力計算，然后通過重新分配各單元的配重與浮力使載體達到平衡狀態。此后，在整個航行過程中，載體所受的浮力將恒定不變。一般情況下，為確保航行的安全性，配平時使載體保持3kg左右的正浮力，但是這樣也會帶來一系列的缺陷，例如，為平衡載體的正浮力,航行時須帶有一定的攻角,阻力相對較大。另外當作業環境包括航行水域和航行深度在航行過程中發生變化時,載體的浮力狀況將發生變化,重心和浮心的相對位置也將發生變化,變化的結果可能不適合的航行。因此研制具有浮力調節功能的裝置的必要性就顯現了出來。具備了這樣的功能之后，當載荷發生變化時，就不再需要耗費大量的人力物力以及時間去進行配平，而是由載體自主的完成整個過程，同時也避免了可能產生的人為誤差。另外，浮力調節系統在航行過程中可以按照要求調節載體的橫傾角和縱傾角,以有利于載體在變深度航行時以最佳的攻角,最佳姿態來航行。浮力調節系統還可以預置先進的控制算法,根據閉環控制進行浮力調節,實現的定深懸浮等功能。

發明內容

針對現有水下設備對航行姿態以及浮力調整的需求，本發明提供了一種可以搭載在設備上的浮力調節裝置。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：一種用于浮力調節裝置的控制系統，包括：

信號檢測單元，連接控制管理電路，用于檢測液壓系統的電機電流信號、油的壓力信號、油的流量信號并輸出給控制管理電路；

控制管理電路，連接模擬量采集單元，用于將接收的液壓系統的電機電流信號、油的壓力信號、油的流量信號轉換成對應的電壓信號輸出給模擬量采集單元；還連接數字I/O單元、直流電機和電磁閥組單元，用于根據接收的放大的數字控制信號輸出相應的控制信號給直流電機和電磁閥組單元；

模擬量采集單元，連接微處理器單元，用于將接收的電壓信號轉換成數字檢測信號輸出給微處理器單元；

微處理器單元，連接通信協議轉換器單元，用于根據接收的數字檢測信號和通信協議轉換器單元的控制指令輸出數字控制信號給數字I/O單元；

數字I/O單元，連接微處理器單元、控制管理電路，用于將接收的數字控制信號放大并輸出給控制管理電路；

通信協議轉換器單元，連接上位機、微處理器單元，用于實現上位機、微處理器單元之間的通信；

電源模塊，連接上述單元，用于為上述單元提供電能。

所述信號檢測單元包括：電流傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、采樣電阻；