專利名稱:一種載人潛水器應(yīng)急航行控制器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種載人潛水器應(yīng)急航行控制器，該控制器安裝于載人潛水器載人艙內(nèi)及載人艙外電子艙中，與主航行控制系統(tǒng)共同組成載人潛水器航行控制系統(tǒng)。該控制器核心電路由嵌入式控制器、A/D、D/A、運(yùn)算放大器等器件組成。載人艙內(nèi)電路板負(fù)責(zé)采集和處理控制盒上操縱桿信號(hào)，電子艙內(nèi)電路板負(fù)責(zé)解析控制指令并輸出推進(jìn)器控制信號(hào)，兩部分電路間通過(guò)穿艙水密電纜進(jìn)行通信。當(dāng)潛水器主航行控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)可以切換到應(yīng)急航行控制器對(duì)潛水器進(jìn)行應(yīng)急航行控制，以保證潛水器仍具有基本的航行運(yùn)動(dòng)能力，實(shí)現(xiàn)安全返航。
【專利說(shuō)明】一種載人潛水器應(yīng)急航行控制器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及載人潛水器控制領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種載人潛水器應(yīng)急航行控制器。

【背景技術(shù)】
[0002]載人潛水器用于實(shí)現(xiàn)在水下的載人航行、科考、勘探作業(yè)等工作，水下作業(yè)時(shí)與母船之間無(wú)任何電纜連接。為了實(shí)現(xiàn)潛水器在水中的運(yùn)動(dòng)航行，在潛水器外部布置有多臺(tái)推進(jìn)器，通過(guò)推進(jìn)器的組合控制可以實(shí)現(xiàn)潛水器的多個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)。潛航員在載人艙內(nèi)通過(guò)操縱航行控制盒上操縱桿實(shí)現(xiàn)對(duì)潛水器的運(yùn)動(dòng)控制。由于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)具有運(yùn)算速度快可以綜合其它傳感器的反饋數(shù)據(jù)對(duì)潛水器實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制算法等特點(diǎn)，在常規(guī)情況下，運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)信號(hào)采集模塊采集操縱桿的位置信號(hào)，然后將采集信號(hào)傳輸至控制計(jì)算機(jī)，經(jīng)控制計(jì)算機(jī)處理后輸出至電子艙對(duì)推進(jìn)器施加控制。由于載人潛水器應(yīng)用環(huán)境的特殊性，隨著下潛深度及水壓的增大，潛水器外部設(shè)備的故障風(fēng)險(xiǎn)因素也會(huì)相應(yīng)增大，若主航行控制系統(tǒng)由于各種故障原因無(wú)法對(duì)推進(jìn)器施加控制，而且沒(méi)有應(yīng)急控制方案，潛水器會(huì)因?yàn)槭ミ\(yùn)動(dòng)能力而面臨巨大風(fēng)險(xiǎn)，無(wú)法避障，無(wú)法靠近母船實(shí)施機(jī)動(dòng)回收等。為了保證載人潛水器在水下的作業(yè)安全，單一的航行控制方法無(wú)法滿足載人潛水器的高可靠性控制要求。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]為了克服上述的問(wèn)題，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種應(yīng)用于載人潛水器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠的應(yīng)急航行控制器，通過(guò)該控制器可以實(shí)現(xiàn)在主航行控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)對(duì)潛水器進(jìn)行應(yīng)急航行控制。
[0004]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:一種載人潛水器應(yīng)急航行控制器，包括用于采集和處理控制盒上操縱桿信號(hào)的艙內(nèi)電路板和負(fù)責(zé)解析操縱桿操控信號(hào)并輸出負(fù)載控制信號(hào)的電子艙電路板，兩部分電路板通過(guò)穿艙水密電纜進(jìn)行通信，
[0005]所述艙內(nèi)電路板包括A/D轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器、第一控制器、第一通信電路和第一切換電路；所述A/D轉(zhuǎn)換器用于采集操縱桿的位置信號(hào)，并通過(guò)第一控制器和第一通信電路與第一切換電路連接；所述第一切換電路連接串口服務(wù)器和第二通信電路，用于當(dāng)主航行控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)切換到第二通信電路所在的通路；所述運(yùn)算放大器用于為操縱桿提供電壓信號(hào)；
[0006]所述電子艙電路板包括第二通信電路、第二控制器、D/A轉(zhuǎn)換器、放大器和第二切換電路；所述第二通信電路用于接收第一切換電路發(fā)出數(shù)據(jù)信號(hào)；所述第二控制器；連接第二通信電路和D/A轉(zhuǎn)換器，用于接收第二通信電路發(fā)出的數(shù)據(jù)信號(hào)并解析，將解析結(jié)果發(fā)送給D/A轉(zhuǎn)換器；所述D/A轉(zhuǎn)換器連接放大器，用于將所述解析結(jié)果轉(zhuǎn)換為模擬控制信號(hào)并通過(guò)放大器進(jìn)行放大；所述第二切換電路接收放大器放大后的信號(hào)并傳送給推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)電路，在主航行控制系統(tǒng)無(wú)故障時(shí)接收電子艙內(nèi)信息交換模塊的信號(hào)傳送給推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)電路。
[0007]所述第一切換電路和第二切換電路采用繼電器。
[0008]本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0009]1、成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。本實(shí)用新型的核心檢測(cè)電路所選用的器件成本低，而且電路結(jié)構(gòu)規(guī)整，實(shí)現(xiàn)方式巧妙而簡(jiǎn)單。
[0010]2、可靠性高。本實(shí)用新型的電路所用器件可靠性高，通信方式簡(jiǎn)單可靠，所以可以保證系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定工作。
[0011]3、擴(kuò)展性強(qiáng)。本實(shí)用新型可根據(jù)控制對(duì)象不同，增加控制器通信節(jié)點(diǎn)數(shù)量。

【附圖說(shuō)明】

[0012]圖1是載人潛水器航行控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖2是本實(shí)用新型的應(yīng)急航行控制部分結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0015]應(yīng)急航行控制器分布安裝于載人潛水器載人艙內(nèi)及載人艙外電子艙中，與主航行控制系統(tǒng)共同組成載人潛水器航行控制系統(tǒng)，當(dāng)潛水器主控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)切換開(kāi)關(guān)將控制方式切換至手動(dòng)應(yīng)急模式，應(yīng)用應(yīng)急航行控制器對(duì)潛水器進(jìn)行航行控制。該控制器核心電路由嵌入式控制器、A/D、D/A、運(yùn)算放大器等器件組成，控制器電路板分別安裝于載人艙內(nèi)航行控制盒與載人艙外電子艙中，艙內(nèi)電路板負(fù)責(zé)采集和處理控制盒上操縱桿信號(hào)并將信號(hào)經(jīng)串行通信總線進(jìn)行傳輸，電子艙內(nèi)電路板負(fù)責(zé)解析操縱桿操控信號(hào)并輸出負(fù)載控制信號(hào)，兩部分電路間通過(guò)穿艙水密電纜進(jìn)行通信。
[0016]所述應(yīng)急模式，是在主航行控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，完全由應(yīng)急航行控制器代替控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號(hào)解析及運(yùn)算，并輸出推進(jìn)器控制信號(hào)。
[0017]所述操縱桿信號(hào)采集，是應(yīng)急航行控制器艙內(nèi)電路板采集操縱桿位置信號(hào)后，對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化處理后再進(jìn)行運(yùn)算。
[0018]所述串行通信，是數(shù)字化總線傳輸，其特點(diǎn)為數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，傳輸線路簡(jiǎn)單可靠。
[0019]本實(shí)用新型采用的控制方法包括以下步驟:載人潛水器控制系統(tǒng)工作后，默認(rèn)為航行控制為正常模式。應(yīng)急航行控制器操縱盒內(nèi)電路板將操縱桿信號(hào)傳輸至主航行控制系統(tǒng)，主航行控制系統(tǒng)通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)與電子艙進(jìn)行通信，從而輸出推力器控制信號(hào)。主航行控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，將航行控制切換至應(yīng)急模式。應(yīng)急航行控制器艙內(nèi)電路板與電子艙電路板直接通信，獨(dú)立承擔(dān)載人潛水器的航行運(yùn)動(dòng)控制。
[0020]如圖1所示為載人潛水器航行控制系統(tǒng)的組成，其中實(shí)線框內(nèi)部分別為載人艙內(nèi)部分與艙外電子艙，虛線框內(nèi)部為應(yīng)急航行控制器，應(yīng)急航行控制器由艙內(nèi)與艙外兩部分組成，其中艙內(nèi)部分電路板安裝于航行控制盒內(nèi)，艙外電路板安裝于電子艙中，兩部分之間通過(guò)穿艙水密電纜進(jìn)行通信，其通信方式為串行通信。
[0021]載人潛水器航行控制包括正常模式與應(yīng)急模式，其中默認(rèn)情況下為正常模式，在正常模式下，應(yīng)急航行控制器艙內(nèi)電路板采集操縱桿位置電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)處理及傳輸路徑如圖1中實(shí)線線路所示，由于該路徑所經(jīng)過(guò)中間環(huán)節(jié)較多，所以在任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時(shí)，推進(jìn)器控制信號(hào)將中斷，所以在主航行控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，將控制模式切換至應(yīng)急模式，在應(yīng)急模式情況下，操縱桿位置電壓信號(hào)處理及傳輸路徑如圖1中虛線線路所示，此時(shí)應(yīng)急航行控制器將獨(dú)立承擔(dān)載人潛水器推進(jìn)器運(yùn)動(dòng)控制。
[0022]如圖2所示為應(yīng)急航行控制器組成，艙內(nèi)電路板主要包括:控制器、A/D、串行通信電路、運(yùn)算放大電路、切換電路。艙外電路板主要包括:控制器、D/A、串行通信電路、放大電路、切換電路。
[0023]操縱桿電位計(jì)電壓輸入信號(hào)由艙內(nèi)電路板提供，操縱桿包括主操縱桿與輔操縱桿，共3只電位計(jì)。A/D所提供電壓信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器跟隨后分為3路，其中2路供給輔操縱桿，I路供給主操縱桿，當(dāng)操縱桿3只電位計(jì)中I只發(fā)生電源短路故障時(shí)，運(yùn)算放大器可有效保護(hù)其他2路電位計(jì)電壓信號(hào)不受影響。操縱桿電壓輸出信號(hào)由A/D芯片采集，主、輔操縱桿共輸出5路模擬電壓信號(hào)，A/D將5路模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)，該數(shù)字量信號(hào)由串口傳輸給控制器，控制器與A/D以固定時(shí)間間隔進(jìn)行通信，控制器將數(shù)字量信號(hào)處理為預(yù)定通信協(xié)議格式后，由串行通信模塊經(jīng)切換電路輸出至電子艙內(nèi)電路板，其中切換電路用于實(shí)現(xiàn)串行通信信號(hào)的傳輸方向，切換電路控制信號(hào)由正常模式與應(yīng)急模式切換開(kāi)關(guān)提供，在應(yīng)急模式下串行通信信號(hào)直接傳輸至電子艙端。
[0024]電子艙端接收到串行通信信號(hào)后首先經(jīng)由串行通信電路傳輸至控制器，控制器根據(jù)控制指令要求通過(guò)D/A輸出推進(jìn)器控制電壓信號(hào)，控制器與D/A之間通信方式為串口通信，D/A根據(jù)控制器發(fā)送的控制指令可輸出控制電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)再次經(jīng)過(guò)放大電路以一定倍數(shù)放大后經(jīng)切換電路輸出至推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)電路端。其中切換電路可切換輸出至推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)電路的控制電壓信號(hào)來(lái)源，在正常模式下，切換電路將信息交換模塊輸出信號(hào)傳輸至推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)電路，在應(yīng)急模式下，切換電路將D/A輸出信號(hào)傳輸至推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)電路。
[0025]根據(jù)圖2所示可知，應(yīng)急航行控制器艙內(nèi)部分與艙外部分通信為串行通信，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠。切換電路能夠靈活切換信號(hào)，為主航行控制系統(tǒng)提供可靠保證，同時(shí)在應(yīng)急情況下，應(yīng)急航行控制器可承擔(dān)載人潛水器航行運(yùn)動(dòng)控制功能。
【權(quán)利要求】
1.一種載人潛水器應(yīng)急航行控制器，包括用于采集和處理控制盒上操縱桿信號(hào)的艙內(nèi)電路板和負(fù)責(zé)解析操縱桿操控信號(hào)并輸出負(fù)載控制信號(hào)的電子艙電路板，兩部分電路板通過(guò)穿艙水密電纜進(jìn)行通信，其特征在于， 所述艙內(nèi)電路板包括A/D轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器、第一控制器、第一通信電路和第一切換電路；所述A/D轉(zhuǎn)換器用于采集操縱桿的位置信號(hào)，并通過(guò)第一控制器和第一通信電路與第一切換電路連接；所述第一切換電路連接串口服務(wù)器和第二通信電路，用于當(dāng)主航行控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)切換到第二通信電路所在的通路；所述運(yùn)算放大器用于為操縱桿提供電壓信號(hào); 所述電子艙電路板包括第二通信電路、第二控制器、D/A轉(zhuǎn)換器、放大器和第二切換電路；所述第二通信電路用于接收第一切換電路發(fā)出數(shù)據(jù)信號(hào)；所述第二控制器；連接第二通信電路和D/A轉(zhuǎn)換器，用于接收第二通信電路發(fā)出的數(shù)據(jù)信號(hào)并解析，將解析結(jié)果發(fā)送給D/A轉(zhuǎn)換器；所述D/A轉(zhuǎn)換器連接放大器，用于將所述解析結(jié)果轉(zhuǎn)換為模擬控制信號(hào)并通過(guò)放大器進(jìn)行放大；所述第二切換電路接收放大器放大后的信號(hào)并傳送給推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)電路，在主航行控制系統(tǒng)無(wú)故障時(shí)接收電子艙內(nèi)信息交換模塊的信號(hào)傳送給推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)電路。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種載人潛水器應(yīng)急航行控制器，其特征在于，所述第一切換電路和第二切換電路采用繼電器。
【文檔編號(hào)】G05D1-00GK204287960SQ201420735358
【發(fā)明者】楊鳴宇, 趙洋, 孔范東, 劉開(kāi)周 [申請(qǐng)人]中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所