[發明專利]一種深水AUV的雙余度運動控制系統

有效

• 申請號: 201711452876.X
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108255054B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 王松;董方晨;卜亮亮;趙杰清;單予瓊;張楠
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學;北京創衡控制技術有限公司
• 主分類號: G05B9/03
• 分類號: G05B9/03
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 祗志潔

本發明提供了一種一種深水AUV的雙余度運動控制系統，屬于深水水下自主航行器領域。本發明采用雙余度結構，包括層疊式并聯的兩個運動控制單元，兩個運動控制單元的結構相同，每個運動控制單元具有一個航插接口。運動控制系統接收主控制系統以及甲板單元通過無線電或聲通信發出的遙控指令，優先執行主控制系統指令。當主控制單元故障時則等待甲板單元的遙控指令，在設定時間內收不到指令時，則自動采取應急措施。雙余度系統兩個余度在控制權限上是對等的，采用第三方裁判。本發明保證了AUV安全返航，保障AUV機載設備安全回收，保障內外電路互不干擾，同時具備死機保護，溫度檢測，漏水監測功能，保障單個余度正常工作，提升單個余度可靠性。

技術領域

本發明涉及一種深水水下自主航行器(AUV)，具體是一種深水AUV中尾部矢量推進器的控制系統。

背景技術

深水AUV可以幫助我們更好的探測海洋，了解海洋及其環境問題。由于海洋環境較之陸地較為復雜，不適合載人探測，而深水AUV的出現突破了原來人工潛水的限制，為人類進行深海資源的研究與開發提供了強有力的工具。目前，人類在深海打撈、深海資源調查、深海生物種群調查、深海基因獲取等方面所取得的突破性進展均與AUV的發展密切相關。AUV技術的發展對于海洋科學研究起到了巨大的推動作用。可以說，海洋科學的每一次重大進展都是以AUV的突破性進展為前提的。

本發明中控制系統主要控制對象為AUV尾部的矢量推進器。矢量推進器不但可以提供深海自主航行器(AUV)的動力，還可以控制AUV的航行姿態，功能相當于飛機的方向舵、升降舵和發動機。區別于以往靠擺動鰭葉產生流體力差從而獲得操作力矩轉向的非矢量推進器(當速度越大時，基于非矢量推進器的AUV獲得的反作用力就越大)，矢量推進器是通過主推進器產生的推力獲得額外的轉向控制力矩，其突出特點是控制力矩和主推進器緊密相關，靠轉向電機擺動從而該變主推進器的推進方向，使AUV獲得一定轉矩轉向。沒有鰭舵，水下作業安全，壁障性能好，適用于狹小的工作環境。

發明內容

運動控制系統是AUV系統安全航行的最后保障，要求具有極高的可靠性，本發明的目的是設計一種功能盡量簡練的可靠的運動控制系統，用于控制AUV運動單元，運動單元包括矢量推進器、聲學釋放器，機械釋放器及拋纜舵機等。

本發明提供了一種深水AUV的雙余度運動控制系統，采用雙余度結構，包括層疊式并聯的兩個運動控制單元，兩個運動控制單元的結構相同，每個運動控制單元具有一個航插接口。

運動控制系統接收主控制系統以及甲板單元通過無線電或聲通信發出的遙控指令，優先執行主控制系統指令。當主控制單元故障時則等待甲板單元的遙控指令，在設定時間內收不到指令時，則自動采取應急措施。

本發明的兩個運動控制單元在控制權限上是對等的，采用第三方裁判進行余度管理。當通過主控制單元進行余度管理時，主控制單元接收各余度傳遞過來的運行狀態(硬件和軟件)，比較評判，默認余度1工作，如果余度1故障，而余度2正常，則自動切換到余度2工作，如果余度1和余度2均故障，則自動采取應急措施(拋載)。

所述的運動控制單元選用芯片STM32F103作為CPU，具有三路232串口、兩路422串口和九路IO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；輸入電源設計有隔離保護。所述的運動控制單元還具備硬件看門狗，進行死機保護，硬件看門狗選用MAX792芯片，五分鐘不喂狗則產生復位信號，CPU重啟。所述的運動控制單元還配備一片2M的NORFLASH以存儲控制參數。

本發明的優點及帶來的有益效果在于：

(1)運動控制系統是AUV系統安全航行的最后保障，要求具有極高的可靠性，本控制系統采取雙余度設計，每個余度提供兩條鏈路。根據雙余度并聯結構，設計故障分層保護措施，保證AUV安全返航，保障AUV機載設備安全回收。