[发明专利]一种深水AUV的双余度运动控制系统

权利要求书

1.一种深水AUV的双余度运动控制系统，用于控制AUV的运动单元，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；所述的运动控制系统采用双余度结构，包括两个运动控制单元，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；

每个运动控制单元的硬件采取PCB四层板，电源及地单独一层，信号线分布于PCB板上层及底层；所述的运动控制单元，选用芯片STM32 F103作为CPU，具有三路232串口、两路422串口和九路GPIO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；

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，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；

其特征在于，所述的两个运动控制单元层叠式并联；运动控制单元的三路232串口中，一路接收无线电通信信号，一路接收声通信信号，一路发送信号给主推进电机；两路422串口中，一路用于与主控制单元进行通信，一路作为备用接口；2路GPIO串口连接两个隔离的DI开关，监测漏水信号；运动控制单元输出余度切换信号，输出给俯仰电机、转向电机和抛揽电机的控制量包括脉冲信号、方向控制信号和复位信号，与声学释放器和机械释放器之间的控制量包括释放信号输出和回应信号输入；

运动控制系统接收主控制系统以及甲板软件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软件的遥控指令，在设定时间内收不到指令时，则自动采取应急措施；

所述的运动控制系统接收到遥控指令时，将指令同时输入两个运动控制单元的接口芯片和CPU，双余度同时对输入的指令信号进行处理；对于各余度输出的数字信号，通过74系列逻辑切换芯片进行输出选择，最终对外输出其中一个余度的信号；逻辑切换芯片的输出选择权由主控制单元进行控制；

所述的运动控制系统，进行工作的过程如下：

工作时先判断工作余度，当余度大于2时由主控制单元向机械释放器发送抛载命令；

工作余度小于等于2时，判断遥控指令发送源；

当发送源为主控制单元时，执行过程如下：(1)先判断主推转速设置标志位，为1则向主推进电机发送目标转速值命令，为0则不动作；检测主推进电机转速返回值，若未达到目标转速继续发送命令，五分钟后仍未达到目标舵角则置主推电机故障标志位有效，表示主推进电机发生故障；(2)再判断方向舵设置标志位，为1则向转向电机发送目标舵角值命令，为0则不动作；检测舵角返回值，若未达到目标舵角继续发送命令，五分钟后仍未达到目标舵角则置转向电机故障标志位有效；(3)然后判断升降舵设置标志位，为1则向俯仰电机发送目标舵角值命令，为0则不动作；检测当前俯仰舵角返回值，若未达到目标舵角继续发送命令，五分钟后仍未达到目标舵角则置俯仰电机故障标志位有效；(4)接下来判断声学释放器标志位，为1则向声学释放器发送释放命令，为0则不动作；检测声学释放器的回应信号，若回应为低电平，且未超时则重新发送命令，若超时则置声学释放器释放标志位为0，释放失败；若声学释放器的回应为高电平，置声学释放器释放标志位为1，释放成功；(5)判断机械释放器标志位，为1则向转向机械释放器发送释放命令，为0则不动作；检测机械释放器的回应信号，若回应为低电平，若未超时，则重新发送命令，若超时，则置机械释放器释放标志位为0，释放失败；若机械释放器的回应为高电平，置机械释放器释放标志位为1，释放成功；

当发送源为甲板软件时，先判断水下自主航行器的航行模式；若为水面模式，则俯仰电机关闭，不执行命令；若为甲板模式，则主推进电机转速限制在五百转以内；若为潜航模式，执行过程与发送源为主控制单元时一样；仅指令由甲板软件发送时，判断抛缆标志位，为1则向抛缆舵机发送抛缆命令，为0则不动作，抛缆命令由操作人员通过甲板软件界面进行人工控制。

2.根据权利要求1所述的一种深水AUV的双余度运动控制系统，其特征在于，所述的运动控制单元还对后舱的运动单元各执行机构的状态、后舱温度、气压以及是否漏水进行监测。

3.根据权利要求1或2所述的一种深水AUV的双余度运动控制系统，其特征在于，所述的系统安装于后舱中部。