[发明专利]一种水下机器人控制系统

权利要求书

1.一种水下机器人控制系统，其特征在于，包括：

传感器模块，其用于检测水下机器人的信息；

控制器模块，其包括主控单元和FPGA单元；主控单元接收传感器模块检测的信息并对其解析处理，以获取到水下机器人的实际状态信息；主控单元计算参考目标值和实际状态信息之间的误差，作为鲁棒控制器的输入值；FPGA单元包括FPGA逻辑端和HPS端；FPGA逻辑端通过HPS端与主控单元双向通信，且FPGA逻辑端用于并行执行鲁棒控制器的矩阵运算；

多个推进器，所述主控单元接收鲁棒控制器的输出值、根据输出值进行力矩分配、且将所分配力矩对应的多个控制信号分别输出至多个推进器；

能源供应模块，其通过电力总线向所述水下机器人控制系统中用电部件供电。

2.根据权利要求1所述的水下机器人控制系统，其特征在于，所述鲁棒控制器为多输入多输出控制器，且状态空间表达式离散化表示为：

所述FPGA逻辑端包括数据流执行模块、状态控制模块和状态机；

所述状态控制模块接收系统时钟信号，并根据所述状态机的多个状态中每个状态的计算时长，设定每个状态的状态切换信号，所述状态切换信号包括数据载入切换信号load_c、相乘切换信号MVs_c、加和切换信号add_c和状态量更新切换信号reload_c；

所述状态机连接系统时钟信号，且多个状态包括输出load_end信号的数据载入状态、输出MVs_end信号的乘法运算状态、输出add_end信号的加法运算状态以及输出reload_flag信号的状态量更新状态;

在load_c和reload_flag使能时，进入数据载入状态，在load_end和MVs_c使能时，进入乘法运算状态，在add_c和MVs_end使能时，进入加法运算状态，在reload_c和add_end使能时，进入状态量更新状态；

其中，在分别执行完乘法运算状态、加法运算状态和状态量更新状态时，分别对应输出使能信号MV_en、Y_en和用于更新状态的Xk_en；

所述数据流执行模块包括并行执行的用于计算的第一乘积单元、用于计算的第二乘积单元和用于计算的第三乘积单元，且包括并行执行的用于计算的加和单元和用于存储的存储单元；

所述第一乘积单元、第二乘积单元和第三乘积单元分别接收使能信号MV_en，所述加和单元和存储单元分别接收使能信号Y_en；

其中，X(k)表示水下机器人当前状态向量x(k)的状态矩阵，E(k)表示鲁棒控制器输入的误差e(k)的误差矩阵，Y(k)表示鲁棒控制器的输出值y(k)的输出矩阵，x(k+1)为更新后的状态向量。

3.根据权利要求1所述的水下机器人控制系统，其特征在于，HPS端和主控单元之间的通信通过自定义协议进行，所述自定义协议包括：

协议头；

协议尾；

协议体，其位于协议头和协议尾之间，且至少包括信息种类标识和消息负载信息，所述信息种类标识包括用于表征鲁棒控制器的输出值的标识和用于表征鲁棒控制器的输入值的标识，所述消息负载信息为鲁棒控制器的输出值或输入值。

4.根据权利要求3所述的水下机器人控制系统，其特征在于，所述协议体还包括:

标志ARM_flag，其用于表征是否运行鲁棒控制器。

5.根据权利要求1所述的水下机器人控制系统，其特征在于，所述水下机器人控制系统还包括：

地面站；

通信模块，其设置在水下机器人上，且与所述主控单元通信；

通信工具箱，其设置在地面上，且分别与所述通信模块和地面站通信。

6.根据权利要求5所述的水下机器人控制系统，其特征在于，所述通信模块包括：

通信控制板，其以树莓派为核心，且与所述主控单元通信连接；

第一电力载波模块，其通过以太网与所述通信控制板通信；

所述通信工具箱包括：

第二电力载波模块，所述第一电力载波模块与所述第二电力载波模块连接，所述第二电力载波模块与所述地面站通过以太网通信。