一種載人潛水器應急航行控制器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及載人潛水器控制領域，具體的說是一種載人潛水器應急航行控制器。
【背景技術】
[0002]載人潛水器用于實現在水下的載人航行、科考、勘探作業等工作，水下作業時與母船之間無任何電纜連接。為了實現潛水器在水中的運動航行，在潛水器外部布置有多臺推進器，通過推進器的組合控制可以實現潛水器的多個自由度運動。潛航員在載人艙內通過操縱航行控制盒上操縱桿實現對潛水器的運動控制。由于工業控制計算機具有運算速度快可以綜合其它傳感器的反饋數據對潛水器實現復雜運動控制算法等特點，在常規情況下，運動控制的實現是通過信號采集模塊采集操縱桿的位置信號，然后將采集信號傳輸至控制計算機，經控制計算機處理后輸出至電子艙對推進器施加控制。由于載人潛水器應用環境的特殊性，隨著下潛深度及水壓的增大，潛水器外部設備的故障風險因素也會相應增大，若主航行控制系統由于各種故障原因無法對推進器施加控制，而且沒有應急控制方案，潛水器會因為失去運動能力而面臨巨大風險，無法避障，無法靠近母船實施機動回收等。為了保證載人潛水器在水下的作業安全，單一的航行控制方法無法滿足載人潛水器的高可靠性控制要求。
【實用新型內容】
[0003]為了克服上述的問題，本實用新型要解決的技術問題是提供一種應用于載人潛水器，結構簡單、運行可靠的應急航行控制器，通過該控制器可以實現在主航行控制系統出現故障時對潛水器進行應急航行控制。
[0004]本實用新型為實現上述目的所采用的技術方案是:一種載人潛水器應急航行控制器，包括用于采集和處理控制盒上操縱桿信號的艙內電路板和負責解析操縱桿操控信號并輸出負載控制信號的電子艙電路板，兩部分電路板通過穿艙水密電纜進行通信，
[0005]所述艙內電路板包括A/D轉換器、運算放大器、第一控制器、第一通信電路和第一切換電路；所述A/D轉換器用于采集操縱桿的位置信號，并通過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器和第二通信電路，用于當主航行控制系統出現故障時切換到第二通信電路所在的通路；所述運算放大器用于為操縱桿提供電壓信號；
[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出數據信號；所述第二控制器；連接第二通信電路和D/A轉換器，用于接收第二通信電路發出的數據信號并解析，將解析結果發送給D/A轉換器；所述D/A轉換器連接放大器，用于將所述解析結果轉換為模擬控制信號并通過放大器進行放大；所述第二切換電路接收放大器放大后的信號并傳送給推進器驅動電路，在主航行控制系統無故障時接收電子艙內信息交換模塊的信號傳送給推進器驅動電路。
[0007]所述第一切換電路和第二切換電路采用繼電器。
[0008]本實用新型具有以下優點及有益效果:
[0009]1、成本低，結構簡單。本實用新型的核心檢測電路所選用的器件成本低，而且電路結構規整，實現方式巧妙而簡單。
[0010]2、可靠性高。本實用新型的電路所用器件可靠性高，通信方式簡單可靠，所以可以保證系統持續穩定工作。
[0011]3、擴展性強。本實用新型可根據控制對象不同，增加控制器通信節點數量。
【附圖說明】
[0012]圖1是載人潛水器航行控制系統總體結構圖；
[0013]圖2是本實用新型的應急航行控制部分結構圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖及實施例對本實用新型做進一步的詳細說明。
[0015]應急航行控制器分布安裝于載人潛水器載人艙內及載人艙外電子艙中，與主航行控制系統共同組成載人潛水器航行控制系統，當潛水器主控制系統出現故障時，通過切換開關將控制方式切換至手動應急模式，應用應急航行控制器對潛水器進行航行控制。該控制器核心電路由嵌入式控制器、A/D、D/A、運算放大器等器件組成，控制器電路板分別安裝于載人艙內航行控制盒與載人艙外電子艙中，艙內電路板負責采集和處理控制盒上操縱桿信號并將信號經串行通信總線進行傳輸，電子艙內電路板負責解析操縱桿操控信號并輸出負載控制信號，兩部分電路間通過穿艙水密電纜進行通信。
[0016]所述應急模式，是在主航行控制系統出現故障時，完全由應急航行控制器代替控制計算機進行信號解析及運算，并輸出推進器控制信號。
[0017]所述操縱桿信號采集，是應急航行控制器艙內電路板采集操縱桿位置信號后，對其進行數字化處理后再進行運算。
[0018]所述串行通信，是數字化總線傳輸，其特點為數據傳輸穩定，傳輸線路簡單可靠。
[0019]本實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工作后，默認為航行控制為正常模式。應急航行控制器操縱盒內電路板將操縱桿信號傳輸至主航行控制系統，主航行控制系統通過控制網絡與電子艙進行通信，從而輸出推力器控制信號。主航行控制系統出現故障時，將航行控制切換至應急模式。應急航行控制器艙內電路板與電子艙電路板直接通信，獨立承擔載人潛水器的航行運動控制。
[0020]如圖1所示為載人潛水器航行控制系統的組成，其中實線框內部分別為載人艙內部分與艙外電子艙，虛線框內部為應急航行控制器，應急航行控制器由艙內與艙外兩部分組成，其中艙內部分電路板安裝于航行控制盒內，艙外電路板安裝于電子艙中，兩部分之間通過穿艙水密電纜進行通信，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急模式，其中默認情況下為正常模式，在正常模式下，應急航行控制器艙內電路板采集操縱桿位置電壓信號，該電壓信號處理及傳輸路徑如圖1中實線線路所示，由于該路徑所經過中間環節較多，所以在任何環節出現故障時，推進器控制信號將中斷，所以在主航行控制系統出現故障時，將控制模式切換至應急模式，在應急模式情況下，操縱桿位置電壓信號處理及傳輸路徑如圖1中虛線線路所示，此時應急航行控制器將獨立承擔載人潛水器推進器運動控制。
[0022]如圖2所示為應急航行控制器組成，艙內電路板主要包括:控制器、A/D、串行通信電路、運算放大電路、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]操縱桿電位計電壓輸入信號由艙內電路板提供，操縱桿包括主操縱桿與輔操縱桿，共3只電位計。A/D所提供電壓信號經運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，當操縱桿3只電位計中I只發生電源短路故障時，運算放大器可有效保護其他2路電位計電壓信號不受影響。操縱桿電壓輸出信號由A/D芯片采集，主、輔操縱桿共輸出5路模擬電壓信號，A/D將5路模擬電壓信號轉換為數字量信號，該數字量信號由串口傳輸給控制器，控制器與A/D以固定時間間隔進行通信，控制器將數字量信號處理為預定通信協議格式后，由串行通信模塊經切換電路輸出至電子艙內電路板，其中切換電路用于實現串行通信信號的傳輸方向，切換電路控制信號由正常模式與應急模式切換開關提供，在應急模式下串行通信信號直接傳輸至電子艙端。
[0024]電子艙端接收到串行通信信號后首先經由串行通信電路傳輸至控制器，控制器根據控制指令要求通過D/A輸出推進器控制電壓信號，控制器與D/A之間通信方式為串口通信，D/A根據控制器發送的控制指令可輸出控制電壓信號，該電壓信號再次經過放大電路以一定倍數放大后經切換電路輸出至推進器驅動電路端。其中切換電路可切換輸出至推進器驅動電路的控制電壓信號來源，在正常模式下，切換電路將信息交換模塊輸出信號傳輸至推進器驅動電路，在應急模式下，切換電路將D/A輸出信號傳輸至推進器驅動電路。
[0025]根據圖2所示可知，應急航行控制器艙內部分與艙外部分通信為串行通信，其結構簡單、可靠。切換電路能夠靈活切換信號，為主航行控制系統提供可靠保證，同時在應急情況下，應急航行控制器可承擔載人潛水器航行運動控制功能。
【主權項】
1.一種載人潛水器應急航行控制器，包括用于采集和處理控制盒上操縱桿信號的艙內電路板和負責解析操縱桿操控信號并輸出負載控制信號的電子艙電路板，兩部分電路板通過穿艙水密電纜進行通信，其特征在于， 所述艙內電路板包括A/D轉換器、運算放大器、第一控制器、第一通信電路和第一切換電路；所述A/D轉換器用于采集操縱桿的位置信號，并通過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器和第二通信電路，用于當主航行控制系統出現故障時切換到第二通信電路所在的通路；所述運算放大器用于為操縱桿提供電壓信號; 所述電子艙電路板包括第二通信電路、第二控制器、D/A轉換器、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出數據信號；所述第二控制器；連接第二通信電路和D/A轉換器，用于接收第二通信電路發出的數據信號并解析，將解析結果發送給D/A轉換器；所述D/A轉換器連接放大器，用于將所述解析結果轉換為模擬控制信號并通過放大器進行放大；所述第二切換電路接收放大器放大后的信號并傳送給推進器驅動電路，在主航行控制系統無故障時接收電子艙內信息交換模塊的信號傳送給推進器驅動電路。
2.根據權利要求1所述的一種載人潛水器應急航行控制器，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。
【專利摘要】本實用新型涉及一種載人潛水器應急航行控制器，該控制器安裝于載人潛水器載人艙內及載人艙外電子艙中，與主航行控制系統共同組成載人潛水器航行控制系統。該控制器核心電路由嵌入式控制器、A/D、D/A、運算放大器等器件組成。載人艙內電路板負責采集和處理控制盒上操縱桿信號，電子艙內電路板負責解析控制指令并輸出推進器控制信號，兩部分電路間通過穿艙水密電纜進行通信。當潛水器主航行控制系統出現故障時可以切換到應急航行控制器對潛水器進行應急航行控制，以保證潛水器仍具有基本的航行運動能力，實現安全返航。
【IPC分類】G05D1-00, B63C11-52
【公開號】CN204287960
【申請號】CN201420735358
【發明人】楊鳴宇, 趙洋, 孔范東, 劉開周
【申請人】中國科學院沈陽自動化研究所
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年11月30日