專利名稱：能夠應(yīng)急避險的水下航行器水平直流舵機控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及水下航行器的自主控制領(lǐng)域，具體為一種能夠應(yīng)急避險的水下航行器水平直流舵機控制裝置。
背景技術(shù)：
自主水下航行器作為一種水下自主運載工具，以其大潛深、多用途和智能化等優(yōu)勢，在海底地形地貌探測、海洋工程建設(shè)、海洋資源開發(fā)、海洋科學(xué)探索以及維護(hù)國家海洋權(quán)益等諸多方面發(fā)揮著極其重要的作用。自主水下航行器通常包含有水平直流舵機和垂直直流舵機，其中水平直流舵機用于自主水下航行器縱向運動的操縱，控制航行器的航行深度、俯仰角和俯仰角速度；垂直直 流舵機用于自主水下航行器側(cè)向運動的操縱，控制航行器的航向和偏航角速度。在通常情況下，舵機作為自主水下航行器控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，對自主水下航行器的航行起到穩(wěn)定的操縱作用。但是，當(dāng)自主水下航行器出現(xiàn)如控制器死機等故障時，就會出現(xiàn)航行超深的現(xiàn)象，容易造成水下航行器扎到海底或者耐壓結(jié)構(gòu)遭到破壞而丟失的嚴(yán)重事故。為此，當(dāng)自主水下航行器出現(xiàn)航行超深現(xiàn)象時，必須對水平直流舵機采取應(yīng)急避險的控制措施?，F(xiàn)有的水平直流舵機控制采用一個繼電器進(jìn)行切換控制的方式，如附圖I所示。當(dāng)自主水下航行器沒有出現(xiàn)超深現(xiàn)象時，繼電器不動作，水平直流舵機與控制信號U+和U-相連，其中U+和U-是由舵機控制電路給出的用于控制水平舵機的PWM信號；當(dāng)自主水下航行器出現(xiàn)航行超深現(xiàn)象時，安裝在航行器上的壓力開關(guān)會輸出開關(guān)信號，接通繼電器的控制線圈，使繼電器動作，水平直流舵機與控制信號V+和V-相連，其中V+和V-是由航行器的儀表電池引出的電源，致使水平直流舵機操極限上舵，使自主水下航行器緊急上浮，從而避免自主水下航行器扎到海底或者耐壓結(jié)構(gòu)遭到破壞而丟失的嚴(yán)重事故。但是用繼電器進(jìn)行切換控制存在以下缺點①繼電器動作的可靠性與許多因素有關(guān)，一旦繼電器出現(xiàn)誤動，給自主水下航行器的航行安全帶來很大隱患；②舵機的操舵電流一般較大，當(dāng)繼電器進(jìn)行大電流的切換時，通常會產(chǎn)生電火花，不僅影響繼電器的壽命和工作可靠性，而且嚴(yán)重時會影響航行器的電磁兼容性。
發(fā)明內(nèi)容要解決的技術(shù)問題為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實用新型提出了一種能夠應(yīng)急避險的水下航行器水平直流舵機控制裝置。技術(shù)方案本實用新型的技術(shù)方案為所述一種能夠應(yīng)急避險的水下航行器水平直流舵機控制裝置，其特征在于包括水下航行器控制系統(tǒng)中的水平直流舵機DSP控制器、555時鐘芯片、壓力開關(guān)、自鎖電路以及光電隔離和驅(qū)動放大電路；水平直流舵機DSP控制器產(chǎn)生的PWM控制信號經(jīng)過光電隔離器件后輸出O 5V的水平直流舵機PWM控制信號DSP_PWM1 ；555時鐘芯片輸出O 5V的具有80%占空比的PWM控制信號NE555_PWM ;壓力開關(guān)輸出的信號經(jīng)過自鎖電路輸出邏輯控制信號JJTCZS，當(dāng)水下航行器正常工作時，JJTCZS信號為高電平邏輯控制信號，當(dāng)水下航行器發(fā)生超深航行現(xiàn)象時，JJTCZS信號為低電平邏輯控制信號；邏輯控制信號JJTCZS與水平直流舵機DSP控制器產(chǎn)生的PWM控制信號DSP_PWM1 —起輸入第一與門運算器；邏輯控制信號JJTCZS通過非門運算器后與時鐘芯片的PWM控制信號NE555_PWM —起輸入第二與門運算器；第一與門運算器的輸出信號與第二與門運算器的輸出信號一起輸入或門運算器，或門運算器的輸出信號經(jīng)過光電隔離和驅(qū)動放大電路后輸入水平直流舵機，以控制水平直流舵機的正 反轉(zhuǎn)。所述一種能夠應(yīng)急避險的水下航行器水平直流舵機控制裝置，其特征在于自鎖電路中包括三個光電隔離器件；壓力開關(guān)的輸出信號JJTC+串聯(lián)一個電阻后，引入第一光電隔離器件輸入端的陽極，壓力開關(guān)的輸出信號JJTC-引入第一光電隔離器件輸入端的陰極，第一光電隔離器件輸出端的集電極用+5V供電，輸出端的發(fā)射極連接第二光電隔離器件輸入端的陽極，第二光電隔離器件輸入端的陰極與第三光電隔離器件輸入端的陽極串聯(lián)，第三光電隔離器件輸入端的陰極通過一個電阻接地；第二光電隔離器件輸出端的集電極用+5V供電，輸出端的發(fā)射極反饋到第二光電隔離器件輸入端的陽極；第三光電隔離器件輸出端的集電極引出邏輯控制信號JJTCZS，并通過一個電阻用+5V供電，輸出端的發(fā)射極接地。有益效果本實用新型采用軟開關(guān)技術(shù)進(jìn)行邏輯切換控制，避免了傳統(tǒng)繼電器切換控制方法存在的大電流切換的問題，不僅提高系統(tǒng)的工作可靠性，而且提高了系統(tǒng)的電磁兼容性。

附圖I是現(xiàn)有的水平直流舵機控制原理圖附圖2是本實用新型的水平直流舵機控制原理圖附圖3是實施例DSP控制器產(chǎn)生PWM信號的光電隔離電路原理圖附圖4是實施例555時鐘芯片產(chǎn)生P麗控制信號原理圖附圖5是實施例超深航行故障自鎖電路原理圖附圖6是實施例水平直流舵機PWM信號光電隔離與驅(qū)動放大電路原理圖具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例描述本實用新型實施例本實施例為對水下自主航行器的水平直流舵機進(jìn)行控制，防止水下自主航行器出現(xiàn)航行超深現(xiàn)象。參照附圖2，從圖中可以看出，控制裝置中包括水下航行器控制系統(tǒng)中的水平直流舵機DSP控制器、555時鐘芯片、壓力開關(guān)、自鎖電路以及光電隔離和驅(qū)動放大電路。參照附圖3，水平直流舵機DSP控制器輸出O 3. 3V水平舵機操舵指令的PWM控制信號，經(jīng)由電阻R39，引入光電隔離器件N17輸入端的陽極，N17輸入端的陰極接地，N17輸出端的集電極用+5V供電，N17輸出端的發(fā)射極經(jīng)由電阻R38接地，并從N17輸出端的發(fā)射極引出光電隔離后的O 5V的PWM控制信號DSP_PWM1 ;其中光電隔離器件采用TLP521。參照附圖4，采用NE555P時鐘芯片輸出O 5V的具有80%占空比的PWM控制信號NE555_PWM，該信號是使水平直流舵機操上舵的控制信號，其中電路中的微調(diào)電位器N28用來調(diào)節(jié)NE555_PWM控制信號的占空比。參照附圖5，壓力開關(guān)的輸出信號需要經(jīng)過自鎖電路后輸出邏輯控制信號JJTCZS，之所以要經(jīng)過自鎖電路，是因為當(dāng)自主水下航行器發(fā)生超深航行的現(xiàn)象后，由于操上舵，自主水下航行器就上浮，壓力開關(guān)輸出的信號就會消失，為了及時回收已發(fā)生了故障的自主水下航行器，以便進(jìn)行故障排查，必須采用自鎖電路，確保水平舵機繼續(xù)操上舵，使自主水下航行器能盡快上浮到水面進(jìn)行打撈和回收。自鎖電路中包括三個光電隔離器件N19、N20和N21，壓力開關(guān)的輸出信號JJTC+ 串聯(lián)一個電阻R42后，引入第一光電隔離器件N19輸入端的陽極,壓力開關(guān)的輸出信號JJTC-引入N19輸入端的陰極，N19輸出端的集電極用+5V供電，N19輸出端的發(fā)射極連接第二光電隔離器件N20輸入端的陽極，N20輸入端的陰極與第三光電隔離器件N21輸入端的陽極串聯(lián)，N21輸入端的陰極通過一個電阻R43接地；N20輸出端的集電極用+5V供電，N20輸出端的發(fā)射極反饋到N20輸入端的陽極；N21輸出端的集電極引出邏輯控制信號JJTCZS，并通過一個電阻R47用+5V供電，N21輸出端的發(fā)射極接地。其中光電隔離器件N19、N20和N21均采用TLP521。如此，壓力開關(guān)的輸出經(jīng)過自鎖電路，輸出具有超深航行記憶和斷電復(fù)位功能的邏輯控制信號JJTCZS，當(dāng)水下航行器正常工作時，壓力開關(guān)沒有給出超深航行的指令，光電隔離器件N19、N20和N21不導(dǎo)通，故障自鎖電路輸出高電平邏輯控制信號JJTCZS ;當(dāng)壓力開關(guān)一旦給出超深航行的指令時，光電隔離器件N19、N20和N21導(dǎo)通，故障自鎖電路輸出低電平邏輯控制信號JJTCZS，此時即使超深航行指令消失，由于光電隔離器件N20和N21自鎖，故障自鎖電路仍然輸出低電平邏輯控制信號JJTCZS。電路一旦斷電，此自鎖電路能自動復(fù)位。在得到上述三組信號后，邏輯控制信號JJTCZS與水平直流舵機PWM控制信號DSP_PWMl 一起輸入第一與門運算器與門I ;邏輯控制信號JJTCZS通過非門運算器后，與NE555P時鐘芯片輸出的PWM控制信號NE555_PWM —起輸入第二與門運算器與門2 ;與門I的輸出信號和與門2的輸出信號一起輸入或門運算器，或門運算器的輸出信號經(jīng)過光電隔離和驅(qū)動放大電路后輸入水平直流舵機，以控制水平直流舵機的正反轉(zhuǎn)。參照附圖6，光電隔離和驅(qū)動放大器件采用HCPL-0466，HCPL-0466輸入電源端口2采用5V供電，輸入信號端口 3輸入的是或門運算器輸出的用于水平直流舵機控制的O 5V的PWM控制信號，輸出電源端口 8和5連接水平直流舵機的雙極性供電電源VD+和VD-，輸出信號端口 6輸出VD- VD+之間的PWM控制信號，以控制水平直流舵機的正反轉(zhuǎn)。圖2給出了本實用新型的水平直流舵機控制原理圖，當(dāng)自主水下航行器能正常工作時，壓力開關(guān)通過自鎖電路輸出高電平邏輯控制信號JJTCZS，與門2沒有輸出，與門I輸出DSP產(chǎn)生的PWM控制信號，此信號經(jīng)過或門后，通過光電隔離和驅(qū)動放大，用來控制水平舵機，使自主水下航行器按照控制指令進(jìn)行操舵，使自主水下航行器穩(wěn)定航行；當(dāng)自主水下航行器出現(xiàn)故障而發(fā)生超深航行的現(xiàn)象時，壓力開關(guān)通過自鎖電路輸出低電平邏輯控制信號JJTCZS，與門I沒有輸出，與門2輸出的是555時鐘芯片產(chǎn)生的PWM控制信號，此信號經(jīng)或門后，通過光電隔離和驅(qū)動放大，用來控制水平舵機，使水平舵機操上舵，使自主水下航行器能緊急上浮，以保證自主水下航行器的航行安全?？傊緦嵱眯滦吞岢龅囊环N具有應(yīng)急避險功能的自主水下航行器水平直流舵機控制方法，該方法采用了軟開關(guān)技術(shù)進(jìn)行邏輯切換控制，提高了系統(tǒng)的工作可靠性，同時避免了大電流的切換，提高了系統(tǒng)的電磁兼容性?！?br> 權(quán)利要求1.一種能夠應(yīng)急避險的水下航行器水平直流舵機控制裝置，其特征在于包括水下航行器控制系統(tǒng)中的水平直流舵機DSP控制器、555時鐘芯片、壓力開關(guān)、自鎖電路以及光電隔離和驅(qū)動放大電路；水平直流舵機DSP控制器產(chǎn)生的PWM控制信號經(jīng)過光電隔離器件后輸出O 5V的水平直流舵機PWM控制信號DSP_PWM1 ；555時鐘芯片輸出O 5V的具有80%占空比的PWM控制信號NE555_PWM ;壓力開關(guān)輸出的信號經(jīng)過自鎖電路輸出邏輯控制信號JJTCZS，當(dāng)水下航行器正常工作時，JJTCZS信號為高電平邏輯控制信號，當(dāng)水下航行器發(fā)生超深航行現(xiàn)象時，JJTCZS信號為低電平邏輯控制信號；邏輯控制信號JJTCZS與水平直流舵機DSP控制器產(chǎn)生的PWM控制信號DSP_PWM1 —起輸入第一與門運算器；邏輯控制信號JJTCZS通過非門運算器后與時鐘芯片的PWM控制信號NE555_PWM —起輸入第二與門運算器；第一與門運算器的輸出信號與第二與門運算器的輸出信號一起輸入或門運算器，或門運算器的輸出信號經(jīng)過光電隔離和驅(qū)動放大電路后輸入水平直流舵機，以控制水平直流舵機的正反轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種能夠應(yīng)急避險的水下航行器水平直流舵機控制裝置，其特征在于自鎖電路中包括三個光電隔離器件；壓力開關(guān)的輸出信號JJTC+串聯(lián)一個電阻后，引入第一光電隔離器件輸入端的陽極，壓力開關(guān)的輸出信號JJTC-引入第一光電隔離器件輸入端的陰極，第一光電隔離器件輸出端的集電極用+5V供電，輸出端的發(fā)射極連接第二光電隔離器件輸入端的陽極，第二光電隔離器件輸入端的陰極與第三光電隔離器件輸入端的陽極串聯(lián)，第三光電隔離器件輸入端的陰極通過一個電阻接地；第二光電隔離器件輸出端的集電極用+5V供電，輸出端的發(fā)射極反饋到第二光電隔離器件輸入端的陽極；第三光電隔離器件輸出端的集電極引出邏輯控制信號JJTCZS，并通過一個電阻用+5V供電，輸出端的發(fā)射極接地。
專利摘要本實用新型提出了一種能夠應(yīng)急避險的水下航行器水平直流舵機控制裝置，將水下航行器的水平操舵指令經(jīng)光電隔離，生成PWM控制信號DSP_PWM1；時鐘芯片輸出PWM控制信號NE555_PWM，壓力開關(guān)輸出邏輯控制信號JJTCZS；將DSP_PWM1信號與JJTCZS信號進(jìn)行與運算得與門1信號；將JJTCZS信號進(jìn)行非運算，再和NE555PWM信號進(jìn)行與運算得與門2信號；將與門1信號和與門2信號進(jìn)行或運算，得水平直流舵機的PWM控制信號。本實用新型采用軟開關(guān)技術(shù)進(jìn)行邏輯切換控制，避免了傳統(tǒng)繼電器切換控制方法存在的大電流切換的問題，不僅提高系統(tǒng)的工作可靠性，而且提高了系統(tǒng)的電磁兼容性。
文檔編號B63H25/14GK202686741SQ20122018493
公開日2013年1月23日 申請日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者嚴(yán)衛(wèi)生, 張克涵, 張福斌, 高劍, 崔榮鑫, 張立川, 王銀濤, 彭星光, 梁慶衛(wèi) 申請人:西北工業(yè)大學(xué)