[發明專利]基于分布式系統主從互轉式的雙冗余控制裝置及方法

有效

• 申請號: 201711064647.0
• 申請日: 2017-11-02
• 公開（公告）號: CN107861421B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 王健;張安通;徐令令;朱建良;張波;張華
• 申請（專利權）人: 中國船舶科學研究中心(中國船舶重工集團公司第七0二研究所)
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 32228 無錫華源專利商標事務所(普通合伙)
• 代理人: 張悅;聶啟新

1.一種基于分布式系統主從互轉式的雙冗余控制裝置，其特征在于，包括運動主控CPU和底層輔控CPU；運動主控CPU采集并儲存水下滑翔器的各個傳感器的參數值，同時進行運動邏輯算法，輸出水下滑翔器所需的運動控制指令；底層輔控CPU對運動控制指令進行解析，輸出底層運動控制指令；還包括互控電源裝置；互控電源裝置的信號輸入至運動主控CPU和底層輔控CPU的主供電電源，控制運動主控CPU和底層輔控CPU互相轉換供電電源；所述互控電源裝置包括兩個電源開關模塊；運動主控CPU連接第一電源開關模塊，通過第一電源開關模塊控制底層輔控CPU的電源；底層輔控CPU的PE1端口連接第二電源開關模塊，通過第二電源開關模塊控制運動主控CPU的電源；互控電源裝置的控制信號來自于運動主控CPU和底層輔控CPU，運動主控CPU和底層輔控CPU分別一一對應控制底層輔控CPU和運動主控CPU；互控電源裝置具備獨立的信號自鎖裝置，只有收到控制信號時才會動作一次。

2.如權利要求1所述的基于分布式系統主從互轉式的雙冗余控制裝置，其特征在于，運動主控CPU和底層輔控CPU都使用STM32系列單片機；第一電源開關模塊包括三極管和固態繼電器；運動主控CPU的PE1端口與三極管的基極相連接；三極管的集電極連接固態繼電器的輸入控制端；固態繼電器的輸出控制端連接底層輔控CPU的電源端；第二電源開關模塊的構成與第一電源開關模塊的構成相同；第二電源開關模塊與底層輔控CPU的連接方法，與第一電源開關模塊與運動輔控CPU的連接方法相同。

3.如權利要求1所述的基于分布式系統主從互轉式的雙冗余控制裝置，其特征在于，水下滑翔器還包括剩余浮力裝置；雙冗余控制裝置還包括作為剩余浮力裝置驅動電路的第三電源開關模塊；運動主控CPU和底層輔控CPU通過第三電源開關模塊控制剩余浮力裝置；第三電源開關模塊包括或門雙信號觸發裝置，或門的兩路輸入信號來自運動主控CPU和底層輔控CPU，輸出控制信號，控制剩余浮力裝置的動作。

4.如權利要求3所述的基于分布式系統主從互轉式的雙冗余控制裝置，其特征在于，運動主控CPU和底層輔控CPU都使用STM32系列單片機；第三電源開關模塊包括或門、固態繼電器以及連接端子；運動主控CPU的PB2端口和底層輔控CPU的PB2端口連接或門的兩個輸入端口；或門的輸出端口連接固態繼電器的輸入控制端；固態繼電器的輸出控制端連接至連接端子，連接端子控制剩余浮力裝置的電機。

5.如權利要求1所述的基于分布式系統主從互轉式的雙冗余控制裝置，其特征在于，水下滑翔器包括通信定位系統和姿態調節裝置；運動主控CPU和底層輔控CPU通過CAN總線與通信定位系統和姿態調節裝置掛接在一起。

6.如權利要求1所述的基于分布式系統主從互轉式的雙冗余控制裝置，其特征在于，還包括作為公共存儲區的外置存儲器；外置存儲器采用I2C總線進行通訊；運動主控CPU和底層輔控CPU均掛接在I2C總線上，公共存儲區中所存儲的參數可被運動主控CPU和底層輔控CPU分別讀取。

7.一種基于分布式系統主從互轉式的雙冗余控制方法，其特征在于，包括運動主控CPU的控制流程與底層輔控CPU的控制流程：

運動主控CPU的控制流程包括：

運動主控CPU初始化；

運動主控CPU讀取儲存于外置的公共存儲區內的參數；

根據所述參數，水下滑翔器切換進入當前的滑翔狀態；

每隔50ms，運動主控CPU進行一次主控任務程序，控制水下滑翔器的任務作業，并把任務作業狀態存儲入連接于運動主控CPU之上的外置存儲器；

每隔500ms，運動主控CPU向底層輔控CPU發送一次脈沖信號，表明運動主控CPU處于正常工作狀態；

底層輔控CPU的控制流程包括：

底層輔控CPU初始化；

判斷底層輔控CPU是否獲得主控制權；所述主控制權為執行主控任務程序的權利；

如果底層輔控CPU獲得主控制權，則底層輔控CPU接管運動主控CPU的操作權限，控制水下滑翔器的任務作業；同時，底層輔控CPU實時監控運動主控CPU的脈沖信號；當底層輔控CPU接收到運動主控CPU發來的脈沖信號后，表明運動主控CPU的狀態正常，則底層輔控CPU釋放主控制權；

如果底層輔控CPU未獲得主控制權，則底層輔控CPU每隔50ms執行一次底層任務程序，解析運動指令，控制水下滑翔器運動；同時，底層輔控CPU實時監控運動主控CPU的脈沖信號；當底層輔控CPU沒有接收到運動主控CPU發來的脈沖信號，表明運動主控CPU出現故障，底層輔控CPU立即獲得主控制權，讀取連接于底層輔控CPU之上的外置存儲器中的參數，重啟運動主控CPU。