[發(fā)明專(zhuān)利]一種深水AUV的雙余度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711452876.X
• 申請(qǐng)日: 2017-12-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108255054B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王松;董方晨;卜亮亮;趙杰清;單予瓊;張楠
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué);北京創(chuàng)衡控制技術(shù)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G05B9/03
• 分類(lèi)號(hào): G05B9/03
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專(zhuān)利事務(wù)所 11121
• 代理人: 祗志潔

1.一種深水AUV的雙余度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，用于控制AUV的運(yùn)動(dòng)單元，運(yùn)動(dòng)單元包括矢量推進(jìn)器、聲學(xué)釋放器、機(jī)械釋放器及拋纜舵機(jī)；所述的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)采用雙余度結(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)運(yùn)動(dòng)控制單元，兩個(gè)運(yùn)動(dòng)控制單元的結(jié)構(gòu)相同，每個(gè)運(yùn)動(dòng)控制單元具有一個(gè)航插接口；

每個(gè)運(yùn)動(dòng)控制單元的硬件采取PCB四層板，電源及地單獨(dú)一層，信號(hào)線(xiàn)分布于PCB板上層及底層；所述的運(yùn)動(dòng)控制單元，選用芯片STM32 F103作為CPU，具有三路232串口、兩路422串口和九路GPIO串口；其中232串口及422串口采用光耦隔離，九路GPIO口采用光電隔離；輸入電源設(shè)計(jì)有隔離保護(hù)；所述的運(yùn)動(dòng)控制單元具備硬件看門(mén)狗，進(jìn)行死機(jī)保護(hù)，硬件看門(mén)狗選用MAX792芯片，五分鐘不喂狗則產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，CPU重啟；

兩個(gè)運(yùn)動(dòng)控制單元在控制權(quán)限上是對(duì)等的，采用第三方裁判進(jìn)行余度管理；當(dāng)通過(guò)主控制單元進(jìn)行余度管理時(shí)，主控制單元接收各余度傳遞過(guò)來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)，比較評(píng)判，默認(rèn)余度1工作，如果余度1故障，而余度2正常，則自動(dòng)切換到余度2工作，如果余度1和余度2均故障，則自動(dòng)采取應(yīng)急措施；

其特征在于，所述的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)控制單元層疊式并聯(lián)；運(yùn)動(dòng)控制單元的三路232串口中，一路接收無(wú)線(xiàn)電通信信號(hào)，一路接收聲通信信號(hào)，一路發(fā)送信號(hào)給主推進(jìn)電機(jī)；兩路422串口中，一路用于與主控制單元進(jìn)行通信，一路作為備用接口；2路GPIO串口連接兩個(gè)隔離的DI開(kāi)關(guān)，監(jiān)測(cè)漏水信號(hào)；運(yùn)動(dòng)控制單元輸出余度切換信號(hào)，輸出給俯仰電機(jī)、轉(zhuǎn)向電機(jī)和拋攬電機(jī)的控制量包括脈沖信號(hào)、方向控制信號(hào)和復(fù)位信號(hào)，與聲學(xué)釋放器和機(jī)械釋放器之間的控制量包括釋放信號(hào)輸出和回應(yīng)信號(hào)輸入；

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)接收主控制系統(tǒng)以及甲板軟件通過(guò)無(wú)線(xiàn)電或聲通信發(fā)出的遙控指令，優(yōu)先執(zhí)行主控制系統(tǒng)指令；當(dāng)主控制單元故障時(shí)則等待甲板軟件的遙控指令，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)收不到指令時(shí)，則自動(dòng)采取應(yīng)急措施；

所述的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)接收到遙控指令時(shí)，將指令同時(shí)輸入兩個(gè)運(yùn)動(dòng)控制單元的接口芯片和CPU，雙余度同時(shí)對(duì)輸入的指令信號(hào)進(jìn)行處理；對(duì)于各余度輸出的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)74系列邏輯切換芯片進(jìn)行輸出選擇，最終對(duì)外輸出其中一個(gè)余度的信號(hào)；邏輯切換芯片的輸出選擇權(quán)由主控制單元進(jìn)行控制；

所述的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，進(jìn)行工作的過(guò)程如下：

工作時(shí)先判斷工作余度，當(dāng)余度大于2時(shí)由主控制單元向機(jī)械釋放器發(fā)送拋載命令；

工作余度小于等于2時(shí)，判斷遙控指令發(fā)送源；

當(dāng)發(fā)送源為主控制單元時(shí)，執(zhí)行過(guò)程如下：(1)先判斷主推轉(zhuǎn)速設(shè)置標(biāo)志位，為1則向主推進(jìn)電機(jī)發(fā)送目標(biāo)轉(zhuǎn)速值命令，為0則不動(dòng)作；檢測(cè)主推進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速返回值，若未達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速繼續(xù)發(fā)送命令，五分鐘后仍未達(dá)到目標(biāo)舵角則置主推電機(jī)故障標(biāo)志位有效，表示主推進(jìn)電機(jī)發(fā)生故障；(2)再判斷方向舵設(shè)置標(biāo)志位，為1則向轉(zhuǎn)向電機(jī)發(fā)送目標(biāo)舵角值命令，為0則不動(dòng)作；檢測(cè)舵角返回值，若未達(dá)到目標(biāo)舵角繼續(xù)發(fā)送命令，五分鐘后仍未達(dá)到目標(biāo)舵角則置轉(zhuǎn)向電機(jī)故障標(biāo)志位有效；(3)然后判斷升降舵設(shè)置標(biāo)志位，為1則向俯仰電機(jī)發(fā)送目標(biāo)舵角值命令，為0則不動(dòng)作；檢測(cè)當(dāng)前俯仰舵角返回值，若未達(dá)到目標(biāo)舵角繼續(xù)發(fā)送命令，五分鐘后仍未達(dá)到目標(biāo)舵角則置俯仰電機(jī)故障標(biāo)志位有效；(4)接下來(lái)判斷聲學(xué)釋放器標(biāo)志位，為1則向聲學(xué)釋放器發(fā)送釋放命令，為0則不動(dòng)作；檢測(cè)聲學(xué)釋放器的回應(yīng)信號(hào)，若回應(yīng)為低電平，且未超時(shí)則重新發(fā)送命令，若超時(shí)則置聲學(xué)釋放器釋放標(biāo)志位為0，釋放失敗；若聲學(xué)釋放器的回應(yīng)為高電平，置聲學(xué)釋放器釋放標(biāo)志位為1，釋放成功；(5)判斷機(jī)械釋放器標(biāo)志位，為1則向轉(zhuǎn)向機(jī)械釋放器發(fā)送釋放命令，為0則不動(dòng)作；檢測(cè)機(jī)械釋放器的回應(yīng)信號(hào)，若回應(yīng)為低電平，若未超時(shí)，則重新發(fā)送命令，若超時(shí)，則置機(jī)械釋放器釋放標(biāo)志位為0，釋放失敗；若機(jī)械釋放器的回應(yīng)為高電平，置機(jī)械釋放器釋放標(biāo)志位為1，釋放成功；

當(dāng)發(fā)送源為甲板軟件時(shí)，先判斷水下自主航行器的航行模式；若為水面模式，則俯仰電機(jī)關(guān)閉，不執(zhí)行命令；若為甲板模式，則主推進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速限制在五百轉(zhuǎn)以?xún)?nèi)；若為潛航模式，執(zhí)行過(guò)程與發(fā)送源為主控制單元時(shí)一樣；僅指令由甲板軟件發(fā)送時(shí)，判斷拋纜標(biāo)志位，為1則向拋纜舵機(jī)發(fā)送拋纜命令，為0則不動(dòng)作，拋纜命令由操作人員通過(guò)甲板軟件界面進(jìn)行人工控制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深水AUV的雙余度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的運(yùn)動(dòng)控制單元還對(duì)后艙的運(yùn)動(dòng)單元各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)、后艙溫度、氣壓以及是否漏水進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種深水AUV的雙余度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的系統(tǒng)安裝于后艙中部。