[发明专利]基于分布式系统主从互转式的双冗余控制装置及方法

权利要求书

1.一种基于分布式系统主从互转式的双冗余控制装置，其特征在于，包括运动主控CPU和底层辅控CPU；运动主控CPU采集并储存水下滑翔器的各个传感器的参数值，同时进行运动逻辑算法，输出水下滑翔器所需的运动控制指令；底层辅控CPU对运动控制指令进行解析，输出底层运动控制指令；还包括互控电源装置；互控电源装置的信号输入至运动主控CPU和底层辅控CPU的主供电电源，控制运动主控CPU和底层辅控CPU互相转换供电电源；所述互控电源装置包括两个电源开关模块；运动主控CPU连接第一电源开关模块，通过第一电源开关模块控制底层辅控CPU的电源；底层辅控CPU的PE1端口连接第二电源开关模块，通过第二电源开关模块控制运动主控CPU的电源；互控电源装置的控制信号来自于运动主控CPU和底层辅控CPU，运动主控CPU和底层辅控CPU分别一一对应控制底层辅控CPU和运动主控CPU；互控电源装置具备独立的信号自锁装置，只有收到控制信号时才会动作一次。

2.如权利要求1所述的基于分布式系统主从互转式的双冗余控制装置，其特征在于，运动主控CPU和底层辅控CPU都使用STM32系列单片机；第一电源开关模块包括三极管和固态继电器；运动主控CPU的PE1端口与三极管的基极相连接；三极管的集电极连接固态继电器的输入控制端；固态继电器的输出控制端连接底层辅控CPU的电源端；第二电源开关模块的构成与第一电源开关模块的构成相同；第二电源开关模块与底层辅控CPU的连接方法，与第一电源开关模块与运动辅控CPU的连接方法相同。

3.如权利要求1所述的基于分布式系统主从互转式的双冗余控制装置，其特征在于，水下滑翔器还包括剩余浮力装置；双冗余控制装置还包括作为剩余浮力装置驱动电路的第三电源开关模块；运动主控CPU和底层辅控CPU通过第三电源开关模块控制剩余浮力装置；第三电源开关模块包括或门双信号触发装置，或门的两路输入信号来自运动主控CPU和底层辅控CPU，输出控制信号，控制剩余浮力装置的动作。

4.如权利要求3所述的基于分布式系统主从互转式的双冗余控制装置，其特征在于，运动主控CPU和底层辅控CPU都使用STM32系列单片机；第三电源开关模块包括或门、固态继电器以及连接端子；运动主控CPU的PB2端口和底层辅控CPU的PB2端口连接或门的两个输入端口；或门的输出端口连接固态继电器的输入控制端；固态继电器的输出控制端连接至连接端子，连接端子控制剩余浮力装置的电机。

5.如权利要求1所述的基于分布式系统主从互转式的双冗余控制装置，其特征在于，水下滑翔器包括通信定位系统和姿态调节装置；运动主控CPU和底层辅控CPU通过CAN总线与通信定位系统和姿态调节装置挂接在一起。

6.如权利要求1所述的基于分布式系统主从互转式的双冗余控制装置，其特征在于，还包括作为公共存储区的外置存储器；外置存储器采用I2C总线进行通讯；运动主控CPU和底层辅控CPU均挂接在I2C总线上，公共存储区中所存储的参数可被运动主控CPU和底层辅控CPU分别读取。

7.一种基于分布式系统主从互转式的双冗余控制方法，其特征在于，包括运动主控CPU的控制流程与底层辅控CPU的控制流程：

运动主控CPU的控制流程包括：

运动主控CPU初始化；

运动主控CPU读取储存于外置的公共存储区内的参数；

根据所述参数，水下滑翔器切换进入当前的滑翔状态；

每隔50ms，运动主控CPU进行一次主控任务程序，控制水下滑翔器的任务作业，并把任务作业状态存储入连接于运动主控CPU之上的外置存储器；

每隔500ms，运动主控CPU向底层辅控CPU发送一次脉冲信号，表明运动主控CPU处于正常工作状态；

底层辅控CPU的控制流程包括：

底层辅控CPU初始化；

判断底层辅控CPU是否获得主控制权；所述主控制权为执行主控任务程序的权利；

如果底层辅控CPU获得主控制权，则底层辅控CPU接管运动主控CPU的操作权限，控制水下滑翔器的任务作业；同时，底层辅控CPU实时监控运动主控CPU的脉冲信号；当底层辅控CPU接收到运动主控CPU发来的脉冲信号后，表明运动主控CPU的状态正常，则底层辅控CPU释放主控制权；

如果底层辅控CPU未获得主控制权，则底层辅控CPU每隔50ms执行一次底层任务程序，解析运动指令，控制水下滑翔器运动；同时，底层辅控CPU实时监控运动主控CPU的脉冲信号；当底层辅控CPU没有接收到运动主控CPU发来的脉冲信号，表明运动主控CPU出现故障，底层辅控CPU立即获得主控制权，读取连接于底层辅控CPU之上的外置存储器中的参数，重启运动主控CPU。