專利名稱：海洋拖曳線陣高精度航向控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到海洋拖曳陣列的水平控制方法。
技術(shù)背景對(duì)于海洋拖曳系統(tǒng)水平面內(nèi)的拖曳陣列，為了獲得比較好的測(cè)量 效果， 一般采用在定端(靠近船尾的一端)加裝展開(kāi)器而產(chǎn)生一個(gè)較 大的展開(kāi)力的方法將拖曳陣列的各根電纜在水平面內(nèi)按照一定的間 距分開(kāi)這種方法在較好的海洋環(huán)境條件下能夠滿足要求，其缺點(diǎn)是抗 流性能較差，無(wú)法對(duì)展開(kāi)器之后的陣形進(jìn)行控制。而當(dāng)海洋拖曳系統(tǒng) 在水中拖曳運(yùn)動(dòng)時(shí)，常常由于海流、拖纜幾何形狀差異等種種原因?qū)?會(huì)使其偏離其預(yù)期的航向或呈彎曲狀態(tài)，這種曲線形狀必將使得系統(tǒng) 的測(cè)量精度降低，在多個(gè)系統(tǒng)并行拖曳時(shí)，彎曲的拖纜還有可能導(dǎo)致 系統(tǒng)各部件因距離過(guò)近而出現(xiàn)纏繞、扭結(jié)并從而損壞設(shè)備的現(xiàn)象。目 前在國(guó)內(nèi)還未見(jiàn)有解決此問(wèn)題的技術(shù)方案。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種海洋拖曳線陣高精度航向控制方法，從 而使得拖曳系統(tǒng)在水平面內(nèi)更平直，減少系統(tǒng)使用時(shí)纏繞或扭結(jié)的可 能性。本發(fā)明所述的海洋拖曳線陣高精度航向控制方法，其控制步驟是1) 安裝電纜展開(kāi)器及水聲定位拖體，在線纜上間隔安裝一組電 纜展開(kāi)器，各個(gè)聲學(xué)拖體跟隨在電纜展開(kāi)器之后等間距安裝；2) 信號(hào)傳輸，船上控制臺(tái)與展開(kāi)器之間采用半雙工、點(diǎn)名訊問(wèn) 方式通信，通常展開(kāi)器的通信模塊都處于接收狀態(tài)；當(dāng)船上控制臺(tái)完 成參數(shù)設(shè)定后，通過(guò)進(jìn)行FSK調(diào)制以廣播的形式，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)放大后經(jīng) 由收發(fā)切換單元和拖曳電纜傳輸至拖纜上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)處，在拖纜的 每一節(jié)點(diǎn)處均安裝有耦合線圈，它和懸掛在該節(jié)點(diǎn)處的電纜展開(kāi)器內(nèi) 部的耦合線圈進(jìn)行通訊從而使電纜展開(kāi)器接收到船上控制臺(tái)設(shè)定的 參數(shù)；3) 基準(zhǔn)拖纜的航向控制，在拖曳陣列剛布放入水時(shí)，所有的電 纜展開(kāi)器的展開(kāi)翼板均被默認(rèn)設(shè)置成零攻角狀態(tài)，因此拖纜均呈現(xiàn)自 由狀態(tài)； 一旦完成拖曳陣列布放，船上控制臺(tái)發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，基準(zhǔn)電 纜上的所有電纜展開(kāi)器(內(nèi)裝磁羅盤)即開(kāi)始測(cè)量自身的航向角，經(jīng) 過(guò)一個(gè)周期的測(cè)量后，在船上控制臺(tái)點(diǎn)擊詢問(wèn)基準(zhǔn)纜上靠近船尾的第 一個(gè)電纜展開(kāi)器，該電纜展開(kāi)器接收到船上控制臺(tái)的詢問(wèn)信號(hào)后，即 將該周期內(nèi)測(cè)得的航向角平均值e回傳給船上控制臺(tái)；船上控制臺(tái)再以廣播的方式將e發(fā)送給基準(zhǔn)電纜上的所有電纜展開(kāi)器；在所有電纜 展開(kāi)器接收到e值后即開(kāi)始自閉環(huán)進(jìn)行航向角調(diào)節(jié)；4) 各個(gè)電纜間的間距控制，在控制臺(tái)發(fā)出啟動(dòng)命令的同時(shí)，其 它各根拖纜上安裝的聲學(xué)拖體開(kāi)始測(cè)量各自與基準(zhǔn)拖纜上對(duì)應(yīng)位置 聲學(xué)拖體的間距，多次測(cè)得間距并取平均值后將其利用拖體內(nèi)的通訊 模塊經(jīng)由耦合線圈通過(guò)拖纜傳給該根拖纜上相鄰的電纜展開(kāi)器，電纜 展開(kāi)器在收到距離值后計(jì)算出與設(shè)定值的偏差A(yù)w，根據(jù)偏差可確定 出應(yīng)將展開(kāi)翼板角度調(diào)整到攻角為a二k2XAw (其中k2為展開(kāi)翼板 角度系數(shù)，通過(guò)船上控制臺(tái)設(shè)定并可更改)，主控模塊根據(jù)a及船上 控制臺(tái)設(shè)定的翼板角速度指令電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以一定的速度 轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使得展開(kāi)翼板以設(shè)定的角速度調(diào)整到攻角a ，此 時(shí)在翼板流體動(dòng)力的作用下，電纜展開(kāi)器帶動(dòng)與其連接的電纜向設(shè)定 的間距方向運(yùn)動(dòng)直至到達(dá)該值，電纜展開(kāi)器即完成了一次航向調(diào)整， 此后電纜展開(kāi)器總是根據(jù)聲學(xué)拖體測(cè)得的間距并通過(guò)與設(shè)定值進(jìn)行 比較來(lái)以一定的周期(該值通過(guò)船上控制臺(tái)設(shè)定并可改變)對(duì)其進(jìn)行 調(diào)整，使得該節(jié)點(diǎn)與基準(zhǔn)拖纜的間距保持在設(shè)定值附近，當(dāng)所有懸掛 電纜展開(kāi)器的節(jié)點(diǎn)與基準(zhǔn)拖纜相對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)間距保持在設(shè)定值附近 時(shí)，則拖曳陣列中的各個(gè)拖纜間距得到了控制；5) 航向、拖纜間距監(jiān)測(cè)與人工干預(yù)，船上控制臺(tái)通過(guò)輪詢或者 點(diǎn)名的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜展開(kāi)器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)電纜展開(kāi)器接收到控制臺(tái) 的詢問(wèn)信號(hào)時(shí)，即將自身的航向角、從與基準(zhǔn)拖纜的間距(從鄰近的 聲學(xué)拖體處獲得)、展開(kāi)翼板攻角及其它工況參數(shù)通過(guò)通信模塊經(jīng)由 耦合線圈、拖曳電纜發(fā)回船上控制臺(tái)； 一旦船上控制臺(tái)處的操作人員 發(fā)現(xiàn)某一或多個(gè)甚至所有電纜展開(kāi)器經(jīng)過(guò)多個(gè)周期的調(diào)整后不能達(dá) 到設(shè)定的航向或間距，即可對(duì)其控制參數(shù)按步驟2)進(jìn)行重新設(shè)定。如上所述的海洋拖曳線陣高精度航向控制方法，其特征在于一 般情況下每100m間隔安裝一個(gè)電纜展開(kāi)器就能夠滿足定深度要求， 但當(dāng)使用海區(qū)的流速較大且不均勻或者拖船預(yù)定航向與流向的夾角 較大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減少安裝間距。如上所述的海洋拖曳線陣高精度航向控制方法，其特征在于船上 控制臺(tái)完成下列主要參數(shù)的設(shè)定選擇基準(zhǔn)拖纜、設(shè)定各拖纜間距、 電纜展開(kāi)器的翼板角度系數(shù)和翼板轉(zhuǎn)動(dòng)角速度及調(diào)整間隔周期。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果采用本方法可將拖曳系統(tǒng)的航向角精 確地控制在±0.5°范圍之內(nèi)，電纜間距控制精度優(yōu)于士10m。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明采用在拖曳陣列上外掛分布式電纜展開(kāi)器的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì) 電纜航向和電纜間距控制，能使得拖曳陣列的航向角保持較好的一致 性，從而使得拖曳陣列更加平直，并能夠保證多根電纜拖曳時(shí)各個(gè)電纜間具有相同的間距。本發(fā)明的具體方法及步驟如下1) 確定電纜展開(kāi)器及水聲定位拖體的安裝間距 在布放拖曳陣列之前應(yīng)首先確定電纜展開(kāi)器的安裝間距，安裝間距太大則航向控制精度不能夠滿足要求，安裝間距過(guò)小則會(huì)增加系統(tǒng) 的阻力及流噪聲，同時(shí)也會(huì)增加系統(tǒng)的使用成本， 一般情況下每100m 間隔安裝一個(gè)電纜展開(kāi)器就能夠滿足定深度要求，但當(dāng)使用海區(qū)的流 速較大且不均勻或者拖船預(yù)定航向與流向的夾角較大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減少 安裝間距。各個(gè)聲學(xué)拖體跟隨在電纜展開(kāi)器之后等間距安裝。2) 參數(shù)設(shè)定拖曳線列陣布放完畢后，操作人員通過(guò)船上控制臺(tái)完成工作參數(shù) 的設(shè)定，包括選擇基準(zhǔn)拖纜，設(shè)定各拖纜間距、電纜展開(kāi)器的翼板角 度系數(shù)和翼板轉(zhuǎn)動(dòng)角速度及調(diào)整間隔周期等， 一次可以完成所有電纜 展開(kāi)器的深度設(shè)置，設(shè)置完成后，船上控制臺(tái)以廣播的方式發(fā)布出去3) 信號(hào)傳輸船上控制臺(tái)與展開(kāi)器之間采用半雙工、點(diǎn)名訊問(wèn)方式通信，通常展開(kāi) 器的通信模塊都處于接收狀態(tài)。當(dāng)船上控制臺(tái)完成參數(shù)設(shè)定后，通過(guò) 進(jìn)行FSK調(diào)制，并經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)放大后經(jīng)由收發(fā)切換單元和拖曳電纜傳輸 至拖纜上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)處，在拖纜的每一節(jié)點(diǎn)處均安裝有耦合線圈， 它和懸掛在該節(jié)點(diǎn)處的電纜展開(kāi)器內(nèi)部的耦合線圈進(jìn)行通訊從而使 電纜展開(kāi)器接收到船上控制臺(tái)設(shè)定的參數(shù)。4) 基準(zhǔn)拖纜的航向控制在拖曳陣列剛布放入水時(shí)，所有的電纜展開(kāi)器的展開(kāi)翼板均被默 認(rèn)設(shè)置成零攻角狀態(tài)，因此拖纜均呈現(xiàn)自由狀態(tài)。 一旦完成拖曳陣列 布放，船上控制臺(tái)發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，基準(zhǔn)電纜上的所有電纜展開(kāi)器(內(nèi) 裝磁羅盤)即開(kāi)始測(cè)量自身的航向角，經(jīng)過(guò)一個(gè)周期的測(cè)量后，在船 上控制臺(tái)點(diǎn)擊詢問(wèn)基準(zhǔn)纜上靠近船尾的第一個(gè)電纜展開(kāi)器，該電纜展 開(kāi)器接收到船上控制臺(tái)的詢問(wèn)信號(hào)后，即將該周期內(nèi)測(cè)得的航向角平 均值e回傳給船上控制臺(tái)。船上控制臺(tái)再以廣播的方式將e發(fā)送給基準(zhǔn)電纜上的所有電纜展開(kāi)器。在所有電纜展開(kāi)器接收到e值后即開(kāi)始自閉環(huán)進(jìn)行航向角調(diào)節(jié)。具體方法為電纜展開(kāi)器內(nèi)裝有磁羅盤，自帶電池提供能源。多次采集到航向角后可計(jì)算出航向角的平均值，將此值與設(shè)定值比較得到偏差A(yù) e ，根據(jù)偏差可計(jì)算出應(yīng)將翼板角度調(diào)整到攻角azklXA0 (其中kl為展開(kāi)翼板角度系數(shù)，通過(guò)船上控制 臺(tái)設(shè)定并可更改)，主控模塊根據(jù)a及船上控制臺(tái)設(shè)定的翼板角速度 指令電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)以一定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使得 展開(kāi)翼板以設(shè)定的角速度調(diào)整到攻角a ，此時(shí)在翼板流體動(dòng)力的作用下，電纜展開(kāi)器帶動(dòng)與其連接的電纜向設(shè)定設(shè)定航向角度e的方向運(yùn)動(dòng)直至到達(dá)該值，電纜展開(kāi)器即完成了一次航向調(diào)整，此后電纜展開(kāi)器總是實(shí)時(shí)地測(cè)量該節(jié)點(diǎn)的航向角并通過(guò)與設(shè)定值e進(jìn)行比較來(lái)以 一定的周期(該值通過(guò)船上控制臺(tái)設(shè)定并可改變)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，使 得該節(jié)點(diǎn)處的拖纜航向角保持在設(shè)定值e附近，當(dāng)所有懸掛電纜展開(kāi) 器的節(jié)點(diǎn)處的電纜航向角均保持在設(shè)定值e附近時(shí)，則該根電纜將在 水平面內(nèi)成為平直狀態(tài)。5) 各個(gè)電纜間的間距控制在控制臺(tái)發(fā)出啟動(dòng)命令的同時(shí)，其它各根拖纜上安裝的聲學(xué)拖體 開(kāi)始測(cè)量各自與基準(zhǔn)拖纜上對(duì)應(yīng)位置聲學(xué)拖體的間距，多次測(cè)得間距 并取平均值后將其利用拖體內(nèi)的通訊模塊經(jīng)由耦合線圈通過(guò)拖纜傳 給該根拖纜上相鄰的電纜展開(kāi)器，電纜展開(kāi)器在收到距離值后計(jì)算出 與設(shè)定值的偏差A(yù)w,根據(jù)偏差可確定出應(yīng)將展開(kāi)翼板角度調(diào)整到攻角為a二k2XAw (其中k2為展開(kāi)翼板角度系數(shù)，通過(guò)船上控制臺(tái)設(shè) 定并可更改)，主控模塊根據(jù)a及船上控制臺(tái)設(shè)定的翼板角速度指令電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)以一定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使得展開(kāi)翼板以設(shè)定的角速度調(diào)整到攻角a ，此時(shí)在翼板流體動(dòng)力的作用下， 電纜展開(kāi)器帶動(dòng)與其連接的電纜向設(shè)定的間距方向運(yùn)動(dòng)直至到達(dá)該 值，電纜展開(kāi)器即完成了一次航向調(diào)整，此后電纜展開(kāi)器總是根據(jù)聲 學(xué)拖體測(cè)得的間距并通過(guò)與設(shè)定值進(jìn)行比較來(lái)以一定的周期(該值通 過(guò)船上控制臺(tái)設(shè)定并可改變)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，使得該節(jié)點(diǎn)與基準(zhǔn)拖纜 的間距保持在設(shè)定值附近，當(dāng)所有懸掛電纜展開(kāi)器的節(jié)點(diǎn)與基準(zhǔn)拖纜 相對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)間距保持在設(shè)定值附近時(shí)，則拖曳陣列中的各個(gè)拖纜間 距得到了控制。6) 航向、拖纜間距監(jiān)測(cè)與人工干預(yù)所有電纜展開(kāi)器在運(yùn)行過(guò)程中的狀況都可通過(guò)船上控制臺(tái)得到 監(jiān)測(cè)，船上控制臺(tái)通過(guò)輪詢或者點(diǎn)名的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜展開(kāi)器進(jìn)行監(jiān) 測(cè)，當(dāng)電纜展開(kāi)器接收到控制臺(tái)的詢問(wèn)信號(hào)時(shí)，即將自身的航向角、 從與基準(zhǔn)拖纜的間距(從鄰近的聲學(xué)拖體處獲得)、展開(kāi)翼板攻角及 其它工況參數(shù)通過(guò)通信模塊經(jīng)由耦合線圈、拖曳電纜發(fā)回船上控制臺(tái) 。一旦船上控制臺(tái)處的操作人員發(fā)現(xiàn)某一或多個(gè)甚至所有電纜展開(kāi)器 經(jīng)過(guò)多個(gè)周期的調(diào)整后不能達(dá)到設(shè)定的航向或間距，即可對(duì)其控制參 數(shù)(包括電纜展開(kāi)器的翼板角度系數(shù)和翼板轉(zhuǎn)動(dòng)角速度及調(diào)整間隔周 期等)進(jìn)行重新設(shè)定，從而使得其最終滿足要求。本發(fā)明的工作原理拖纜在水中拖曳運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于海流、系統(tǒng)的 幾何形狀差異等種種原因?qū)?huì)使系統(tǒng)偏離其預(yù)期的航向而呈彎曲狀 態(tài)。由于彎曲而導(dǎo)致電纜上不同位置將具有不同的航向角。根據(jù)電纜 在水中拖曳時(shí)這一特征，在電纜上的不同節(jié)點(diǎn)布置有電纜展開(kāi)器(內(nèi) 裝磁羅盤)來(lái)測(cè)量該處的電纜航向，由于電纜在受到張力時(shí)其曲線是連續(xù)漸變的，因此電纜展開(kāi)器的航向即可代表此處電纜的航向。當(dāng)測(cè) 量得某一根電纜的各處航向角度有一定的偏差時(shí)，展開(kāi)器自動(dòng)改變展 開(kāi)翼板攻角而產(chǎn)生展開(kāi)力并帶動(dòng)電纜移動(dòng)從而減小航向角的偏差，通 過(guò)以合適的間距在拖纜的各個(gè)節(jié)點(diǎn)處外掛電纜展開(kāi)器并控制展開(kāi)器 的航向角的一致性，能夠使得拖纜到達(dá)平直狀態(tài)。當(dāng)同時(shí)要對(duì)拖纜間距進(jìn)行控制時(shí)，首先利用磁羅盤測(cè)出的數(shù)據(jù)對(duì) 某一根電纜的航向進(jìn)行調(diào)整，即將該根拖纜調(diào)整成近似直線狀態(tài)，再 以此根拖纜為基準(zhǔn)，利用水聲定位系統(tǒng)測(cè)量其他各根拖纜相對(duì)于基準(zhǔn) 拖纜的間距，若間距大于要求值，則電纜展開(kāi)器自動(dòng)調(diào)整翼板攻角使 得電纜展開(kāi)器帶動(dòng)電纜向接近基準(zhǔn)纜的方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)間距小于要求值 時(shí)，電纜展開(kāi)器將其翼板攻角變換成與前相反的方向，從而使得電纜 展開(kāi)器向與基準(zhǔn)電纜間距加大的方向運(yùn)動(dòng)。在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，分布在電纜上的電纜展開(kāi)器一直與船上 中心控制臺(tái)保持通訊，將自身的信息傳遞給中心控制臺(tái)，當(dāng)中心控制 臺(tái)發(fā)現(xiàn)任何一個(gè)電纜展開(kāi)器異常時(shí)可對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)調(diào)整。本發(fā)明各組成部分為現(xiàn)有的設(shè)備，它們的作用表述如下 1)船上中心控制臺(tái)根據(jù)定深器控制和通信性能的要求，將中心控制器按照功能作用 和空間位置劃分成以下功能(任務(wù))單元顯示單元、操控單元、控 制與信息處理單元、通信適配單元。顯示單元顯示器選用用18.1"工業(yè)級(jí)液晶顯示器，顯示屏態(tài)勢(shì) 畫面分成四大部分功能控制區(qū)、態(tài)勢(shì)區(qū)和表格區(qū)，以圖形和文本的 方式顯示電纜曲線、各節(jié)點(diǎn)電纜展開(kāi)器的航向、航速、通信狀態(tài)、姿 態(tài)超限、電源電量低等工況數(shù)據(jù)。在有多個(gè)拖纜時(shí)，還可顯示各根電 纜之間的間距，可以點(diǎn)擊某根纜以顯示該根電纜的信息，也可定時(shí)順 序顯示各纜信息。操控單元布置在操控臺(tái)面上，可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)定、功能切換、設(shè) 備操作等人機(jī)交互功能?？刂婆c信息處理單元是控制器的核心，包括主板、顯卡、電子盤 、串口板，完成控制器的參數(shù)設(shè)定、顯示、通信、記錄和數(shù)據(jù)處理， 同時(shí)控制通信適配單元，對(duì)拖纜姿態(tài)實(shí)時(shí)采集、顯示和控制處理。通信適配單元由電纜展開(kāi)器內(nèi)部的通信模塊和主控模塊組成，通信網(wǎng)絡(luò)適配單元與控制器主機(jī)通過(guò)RS-422A接口連接。 2)電纜展開(kāi)器展開(kāi)器主要由殼體、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、鎖緊裝置、傳感器系統(tǒng)、電池、 展開(kāi)翼板等組成，其中殼體是所有其他構(gòu)件的載體，當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始拖曳 時(shí)，由于展開(kāi)翼板相對(duì)于速度方向具有相對(duì)攻角而產(chǎn)生展開(kāi)力，展開(kāi) 力通過(guò)耐壓殼體并經(jīng)過(guò)鎖緊裝置傳遞到拖纜上從而帶動(dòng)拖纜一起向預(yù)期的方向運(yùn)動(dòng)。電纜展開(kāi)器內(nèi)部控制系統(tǒng)按功能分為主控模塊、數(shù)據(jù)采集模塊 、電源管理模塊、通信模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，5個(gè)模塊插接在總線底 版上，通過(guò)底板通信控制總線進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)傳輸。各個(gè)模塊在主控 模塊的統(tǒng)一協(xié)調(diào)下完成包括通信模塊的收發(fā)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收 、展開(kāi)器姿態(tài)數(shù)據(jù)采集、展開(kāi)器翼板角度調(diào)整、電源管理等工作，通 過(guò)采用最優(yōu)控制法，使得展開(kāi)器即可完成航向控制要求，又能實(shí)現(xiàn)超 長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作。4) 拖曳電纜拖曳電纜既是被控對(duì)象，又是系統(tǒng)信號(hào)傳輸?shù)募~帶，其內(nèi)有專門 用于航向控制系統(tǒng)信號(hào)傳輸?shù)男揪€，在各個(gè)節(jié)點(diǎn)處安裝有通訊線圈以 用于電纜展開(kāi)器、聲學(xué)拖體與拖纜間實(shí)現(xiàn)通訊。拖纜的干端與船上控 制臺(tái)相連。5) 聲學(xué)拖體用于測(cè)量各個(gè)拖纜之間的間距，內(nèi)裝換能器、水聲信號(hào)接收與發(fā) 射處理裝置、電池、通訊線圈等。實(shí)施例根據(jù)系統(tǒng)測(cè)量要求需要布放由兩根拖纜所組成的陣列，選擇右舷 拖纜為基準(zhǔn)，假設(shè)布放完成后測(cè)此根拖纜上靠近船尾的第一個(gè)電纜展 開(kāi)器的航向角為15° ，則船上的中心控制臺(tái)設(shè)定本根電纜上所有的電纜展開(kāi)器的目標(biāo)值均為15° ，同時(shí)船上控制臺(tái)還設(shè)定展開(kāi)翼板角 度系數(shù)kl二1.5、 k2=0.3、翼板角速度5度/分、電纜間距50m、調(diào)整 周期間隔時(shí)間2分鐘。所有電纜展開(kāi)器即開(kāi)始進(jìn)行自閉環(huán)控制的航向 調(diào)節(jié)，本例中同時(shí)假設(shè)該拖纜后續(xù)的電纜展開(kāi)器的航向角都比第一個(gè) 電纜展開(kāi)器大(偏向右舷)，設(shè)基準(zhǔn)電纜上的某一電纜展開(kāi)器實(shí)測(cè)航 向角為20° ，電纜展開(kāi)器的控制模塊可計(jì)算出航向偏差為A9二5。 ，并同時(shí)計(jì)算出為了翼板攻角應(yīng)為a二klXA9^7.5。，控制模塊控 制執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)并帶動(dòng)展開(kāi)翼板以5° /分的角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)7.5 ° ，則該電纜展開(kāi)器在展開(kāi)翼板流體動(dòng)力的作用下帶動(dòng)相連接的拖纜 向左舷運(yùn)動(dòng)，此時(shí)該處的電纜航向角將逐步減小直至達(dá)到15°左右 ，當(dāng)所有電纜展開(kāi)器的實(shí)際航向角均達(dá)到15°左右時(shí)，至此該根拖 纜己變得平直。第二根拖纜的水平方向的調(diào)節(jié)是以基準(zhǔn)拖纜為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的。假設(shè) 第二根拖纜上的某一聲學(xué)拖體測(cè)量出與基準(zhǔn)拖纜上對(duì)應(yīng)聲學(xué)拖體的 間距為20m，則控制模塊計(jì)算得與設(shè)定值(50m)的偏差為30m，并確 定展開(kāi)翼板的攻角為a =0. 3X30=9° ，控制模塊控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)帶 動(dòng)翼板逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)9。，在翼板流體動(dòng)力的作用下，電纜展開(kāi)器帶動(dòng) 拖纜向左舷運(yùn)動(dòng)直至達(dá)到間距50m的設(shè)定值，當(dāng)所有相對(duì)應(yīng)的電纜展開(kāi)器的間距均達(dá)到50m間隔時(shí)，則兩根拖纜的間距也就達(dá)到了 50m間 距。
權(quán)利要求
1、一種海洋拖曳線陣高精度航向控制方法，其控制步驟是1)安裝電纜展開(kāi)器及水聲定位拖體，在線纜上間隔安裝一組電纜展開(kāi)器，各個(gè)聲學(xué)拖體跟隨在電纜展開(kāi)器之后等間距安裝；2)信號(hào)傳輸，船上控制臺(tái)與展開(kāi)器之間采用半雙工、點(diǎn)名訊問(wèn)方式通信，通常展開(kāi)器的通信模塊都處于接收狀態(tài)；當(dāng)船上控制臺(tái)完成參數(shù)設(shè)定后，通過(guò)進(jìn)行FSK調(diào)制以廣播的形式，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)放大后經(jīng)由收發(fā)切換單元和拖曳電纜傳輸至拖纜上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)處，在拖纜的每一節(jié)點(diǎn)處均安裝有耦合線圈，它和懸掛在該節(jié)點(diǎn)處的電纜展開(kāi)器內(nèi)部的耦合線圈進(jìn)行通訊從而使電纜展開(kāi)器接收到船上控制臺(tái)設(shè)定的參數(shù)；3)基準(zhǔn)拖纜的航向控制，在拖曳陣列剛布放入水時(shí)，所有的電纜展開(kāi)器的展開(kāi)翼板均被默認(rèn)設(shè)置成零攻角狀態(tài)，因此拖纜均呈現(xiàn)自由狀態(tài)；一旦完成拖曳陣列布放，船上控制臺(tái)發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，基準(zhǔn)電纜上的所有電纜展開(kāi)器即開(kāi)始測(cè)量自身的航向角，經(jīng)過(guò)一個(gè)周期的測(cè)量后，在船上控制臺(tái)點(diǎn)擊詢問(wèn)基準(zhǔn)纜上靠近船尾的第一個(gè)電纜展開(kāi)器，該電纜展開(kāi)器接收到船上控制臺(tái)的詢問(wèn)信號(hào)后，即將該周期內(nèi)測(cè)得的航向角平均值θ回傳給船上控制臺(tái)；船上控制臺(tái)再以廣播的方式將θ發(fā)送給基準(zhǔn)電纜上的所有電纜展開(kāi)器；在所有電纜展開(kāi)器接收到θ值后即開(kāi)始自閉環(huán)進(jìn)行航向角調(diào)節(jié)；4)各個(gè)電纜間的間距控制，在控制臺(tái)發(fā)出啟動(dòng)命令的同時(shí)，其它各根拖纜上安裝的聲學(xué)拖體開(kāi)始測(cè)量各自與基準(zhǔn)拖纜上對(duì)應(yīng)位置聲學(xué)拖體的間距，多次測(cè)得間距并取平均值后將其利用拖體內(nèi)的通訊模塊經(jīng)由耦合線圈通過(guò)拖纜傳給該根拖纜上相鄰的電纜展開(kāi)器，電纜展開(kāi)器在收到距離值后計(jì)算出與設(shè)定值的偏差Δw，根據(jù)偏差可確定出應(yīng)將展開(kāi)翼板角度調(diào)整到攻角為α＝k2×Δw，其中k2為展開(kāi)翼板角度系數(shù)，通過(guò)船上控制臺(tái)設(shè)定并可更改，主控模塊根據(jù)α及船上控制臺(tái)設(shè)定的翼板角速度指令電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以一定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使得展開(kāi)翼板以設(shè)定的角速度調(diào)整到攻角α，此時(shí)在翼板流體動(dòng)力的作用下，電纜展開(kāi)器帶動(dòng)與其連接的電纜向設(shè)定的間距方向運(yùn)動(dòng)直至到達(dá)該值，電纜展開(kāi)器即完成了一次航向調(diào)整，此后電纜展開(kāi)器總是根據(jù)聲學(xué)拖體測(cè)得的間距并通過(guò)與設(shè)定值進(jìn)行比較來(lái)以一定的周期，對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，使得該節(jié)點(diǎn)與基準(zhǔn)拖纜的間距保持在設(shè)定值附近，當(dāng)所有懸掛電纜展開(kāi)器的節(jié)點(diǎn)與基準(zhǔn)拖纜相對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)間距保持在設(shè)定值附近時(shí)，則拖曳陣列中的各個(gè)拖纜間距得到了控制；5)航向、拖纜間距監(jiān)測(cè)與人工干預(yù)，船上控制臺(tái)通過(guò)輪詢或者點(diǎn)名的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜展開(kāi)器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)電纜展開(kāi)器接收到控制臺(tái)的詢問(wèn)信號(hào)時(shí)，即將自身的航向角、從與基準(zhǔn)拖纜的間距、展開(kāi)翼板攻角及其它工況參數(shù)通過(guò)通信模塊經(jīng)由耦合線圈、拖曳電纜發(fā)回船上控制臺(tái)；一旦船上控制臺(tái)處的操作人員發(fā)現(xiàn)某一或多個(gè)甚至所有電纜展開(kāi)器經(jīng)過(guò)多個(gè)周期的調(diào)整后不能達(dá)到設(shè)定的航向或間距，即可對(duì)其控制參數(shù)按步驟2)進(jìn)行重新設(shè)定。
2、 如權(quán)利要求1所述的海洋拖曳線陣高精度航向控制方法，其 特征在于 一般情況下每100m間隔安裝一個(gè)電纜展開(kāi)器就能夠滿足 定深度要求，但當(dāng)使用海區(qū)的流速較大且不均勻或者拖船預(yù)定航向與 流向的夾角較大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減少安裝間距。
3、 如上所述的海洋拖曳線陣高精度航向控制方法，其特征在于船 上控制臺(tái)完成下列主要參數(shù)的設(shè)定選擇基準(zhǔn)拖纜、設(shè)定各拖纜間距 、電纜展開(kāi)器的翼板角度系數(shù)和翼板轉(zhuǎn)動(dòng)角速度及調(diào)整間隔周期。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種海洋拖曳線陣高精度航向控制方法，其控制步驟是在線纜上間隔安裝一組電纜展開(kāi)器和聲學(xué)拖體；船上控制臺(tái)與展開(kāi)器之間采用半雙工、點(diǎn)名訊問(wèn)方式通信；在拖曳陣列剛布放入水時(shí)，所有的電纜展開(kāi)器的展開(kāi)翼板均被默認(rèn)設(shè)置成零攻角狀態(tài)，基準(zhǔn)電纜上的所有電纜展開(kāi)器開(kāi)始測(cè)量自身的航向角，展開(kāi)器與船上控制臺(tái)實(shí)現(xiàn)自閉環(huán)航向角調(diào)節(jié)；此后電纜展開(kāi)器總是根據(jù)聲學(xué)拖體測(cè)得的間距并通過(guò)與設(shè)定值進(jìn)行比較來(lái)以一定的周期對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，使得該節(jié)點(diǎn)與基準(zhǔn)拖纜的間距保持在設(shè)定值附近。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果采用本方法可將拖曳系統(tǒng)的航向角精確地控制在±0.5°范圍之內(nèi)，電纜間距控制精度優(yōu)于±10m。
文檔編號(hào)G01C17/00GK101320271SQ20081013225
公開(kāi)日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2008年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月22日
發(fā)明者任宏偉, 何小軍, 何承玲, 呂學(xué)敏, 紅 官, 輝 張, 張承科, 李朝暉, 汪東平, 王德亮, 苗建明, 裴武波, 趙治平 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一○研究所