[发明专利]一种深水AUV的双余度运动控制系统

说明书

本发明提供了一种一种深水AUV的双余度运动控制系统，属于深水水下自主航行器领域。本发明采用双余度结构，包括层叠式并联的两个运动控制单元，两个运动控制单元的结构相同，每个运动控制单元具有一个航插接口。运动控制系统接收主控制系统以及甲板单元通过无线电或声通信发出的遥控指令，优先执行主控制系统指令。当主控制单元故障时则等待甲板单元的遥控指令，在设定时间内收不到指令时，则自动采取应急措施。双余度系统两个余度在控制权限上是对等的，采用第三方裁判。本发明保证了AUV安全返航，保障AUV机载设备安全回收，保障内外电路互不干扰，同时具备死机保护，温度检测，漏水监测功能，保障单个余度正常工作，提升单个余度可靠性。

技术领域

本发明涉及一种深水水下自主航行器(AUV)，具体是一种深水AUV中尾部矢量推进器的控制系统。

背景技术

深水AUV可以帮助我们更好的探测海洋，了解海洋及其环境问题。由于海洋环境较之陆地较为复杂，不适合载人探测，而深水AUV的出现突破了原来人工潜水的限制，为人类进行深海资源的研究与开发提供了强有力的工具。目前，人类在深海打捞、深海资源调查、深海生物种群调查、深海基因获取等方面所取得的突破性进展均与AUV的发展密切相关。AUV技术的发展对于海洋科学研究起到了巨大的推动作用。可以说，海洋科学的每一次重大进展都是以AUV的突破性进展为前提的。

本发明中控制系统主要控制对象为AUV尾部的矢量推进器。矢量推进器不但可以提供深海自主航行器(AUV)的动力，还可以控制AUV的航行姿态，功能相当于飞机的方向舵、升降舵和发动机。区别于以往靠摆动鳍叶产生流体力差从而获得操作力矩转向的非矢量推进器(当速度越大时，基于非矢量推进器的AUV获得的反作用力就越大)，矢量推进器是通过主推进器产生的推力获得额外的转向控制力矩，其突出特点是控制力矩和主推进器紧密相关，靠转向电机摆动从而该变主推进器的推进方向，使AUV获得一定转矩转向。没有鳍舵，水下作业安全，壁障性能好，适用于狭小的工作环境。

发明内容

运动控制系统是AUV系统安全航行的最后保障，要求具有极高的可靠性，本发明的目的是设计一种功能尽量简练的可靠的运动控制系统，用于控制AUV运动单元，运动单元包括矢量推进器、声学释放器，机械释放器及抛缆舵机等。

本发明提供了一种深水AUV的双余度运动控制系统，采用双余度结构，包括层叠式并联的两个运动控制单元，两个运动控制单元的结构相同，每个运动控制单元具有一个航插接口。

运动控制系统接收主控制系统以及甲板单元通过无线电或声通信发出的遥控指令，优先执行主控制系统指令。当主控制单元故障时则等待甲板单元的遥控指令，在设定时间内收不到指令时，则自动采取应急措施。

本发明的两个运动控制单元在控制权限上是对等的，采用第三方裁判进行余度管理。当通过主控制单元进行余度管理时，主控制单元接收各余度传递过来的运行状态(硬件和软件)，比较评判，默认余度1工作，如果余度1故障，而余度2正常，则自动切换到余度2工作，如果余度1和余度2均故障，则自动采取应急措施(抛载)。

所述的运动控制单元选用芯片STM32F103作为CPU，具有三路232串口、两路422串口和九路IO串口；其中232串口及422串口采用光耦隔离，九路GPIO口采用光电隔离；输入电源设计有隔离保护。所述的运动控制单元还具备硬件看门狗，进行死机保护，硬件看门狗选用MAX792芯片，五分钟不喂狗则产生复位信号，CPU重启。所述的运动控制单元还配备一片2M的NORFLASH以存储控制参数。

本发明的优点及带来的有益效果在于：

(1)运动控制系统是AUV系统安全航行的最后保障，要求具有极高的可靠性，本控制系统采取双余度设计，每个余度提供两条链路。根据双余度并联结构，设计故障分层保护措施，保证AUV安全返航，保障AUV机载设备安全回收。