[发明专利]一种便携式自主水下航行器的推进与操纵一体化控制装置

说明书

本发明提出一种便携式自主水下航行器的推进与操纵一体化控制装置，采用DSP为控制核心，通过CAN总线接收控制管理中心对左水平舵、右水平舵、上垂直舵及下垂直舵的打舵指令，生成相应的四路PWM波(脉冲宽度调制)，控制舵机运转；亦可接收电机转速指令，同时采用双闭环PID调节技术，控制电机转速；此外，当有紧急停车信号时，立即使左、右水平舵打极限上舵。此外，该装置增加了无线通信接口，利用手持式无线设备或计算机，能够设定超深检测告警阀值、极限舵角角度阀值、电机温度告警阀值、PID调节参数、CAN总线通信参数等，并可将全部诊断数据传输至手持式无线设备或计算机，便于快速诊断航行器故障，大大提高使用的便携程度以及功能性。

技术领域

本发明涉及水下航行器控制技术领域，具体为一种便携式自主水下航行器的推进与操纵一体化控制装置。

背景技术

水下自主航行器在航行过程中，其航行姿态以及航行速度分别由舵机和推进电机控制：通过舵机控制舵板(一般由上舵、下舵、左舵、右舵组成)产生一定角度，调节航行器航向和姿态；其航行速度则由通过控制推进电机转速来调节。

目前，同类产品基本采用将推进与操纵控制权限全部集成于航行器内部的主控制单元。由主控制单元分别对推进电机和四台舵机实施控制。其中四台舵机和一台推进电机的控制涉及较为复杂的控制算法，这部分算法如果集中在主控制单元，会大大增加其运算负荷。此外，在硬件电路方面，也会导致需要为主控制单元扩展外围接口电路，使得最终电路板体积较大。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明基于总线形式的控制技术以及推进与操纵一体化的控制思想，将水下航行器的姿态控制和推进控制全部集中在一起，并将这部分功能从主控制单元剥离，采用DSP、CAN总线、双闭环PID调节、高精度采样等技术，提出一种便携式自主水下航行器的推进与操纵一体化控制装置。该装置采用DSP为控制核心，通过CAN总线接收控制管理中心对左水平舵、右水平舵、上垂直舵及下垂直舵的打舵指令，生成相应的四路PWM波(脉冲宽度调制)，控制舵机运转；亦可接收电机转速指令，同时采用双闭环PID调节技术，控制电机转速；此外，当有紧急停车信号时，立即使左、右水平舵打极限上舵。此外，该装置增加了无线通信接口，利用手持式无线设备或计算机，能够设定超深检测告警阀值、极限舵角角度阀值、电机温度告警阀值、PID调节参数、CAN总线通信参数等，并可将全部诊断数据传输至手持式无线设备或计算机，便于快速诊断航行器故障，大大提高使用的便携程度以及功能性。

本发明的技术方案为：

所述一种便携式自主水下航行器的推进与操纵一体化控制装置，其特征在于：包括DSP处理器、超深检测传感器、无线通信接口、CAN通信接口、IPM芯片及外围电路、电源转换电路；

DSP处理器通过CAN通信接口接收水下航行器控制管理中心对左水平舵、右水平舵、上垂直舵及下垂直舵下达的操舵指令，以及推进电机的转速指令；DSP处理器根据操舵指令产生并输出相应占空比的四路PWM信号分别至四路舵机信号线，控制四路舵机运转；DSP处理器根据推进电机的转速指令，输出控制电压信号控制IPM芯片内部六个功率管进行三相全桥驱动，实现转速调节，使推进电机转速根据控制要求进行改变；

超深检测传感器检测水下航行器航行深度，并发送给DSP处理器，当发生超深工况时，DSP处理器发出超深控制指令，使电机停转且左、右水平舵打极限上舵；

DSP处理器通过无线通信接口接收无线设备传输的超深工况检测阀值，并将推进电机运行状态数据以及舵机舵角数据回传至无线设备；

所述电源转换电路将水下航行器电源输出电压转换为控制装置中各元器件和电路所需供电电压。

进一步的优选方案，所述一种便携式自主水下航行器的推进与操纵一体化控制装置，其特征在于：还包括EEPROM存储模块，DSP处理器将推进电机运行状态数据以及舵机舵角数据实时存储在EEPROM存储模块中。