专利名称：能够应急避险的水下航行器水平直流舵机控制方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及水下航行器的自主控制领域，具体为一种能够应急避险的水下航行器水平直流舵机控制方法及装置。
背景技术：
自主水下航行器作为一种水下自主运载工具，以其大潜深、多用途和智能化等优 势，在海底地形地貌探测、海洋工程建设、海洋资源开发、海洋科学探索以及维护国家海洋权益等诸多方面发挥着极其重要的作用。自主水下航行器通常包含有水平直流舵机和垂直直流舵机，其中水平直流舵机用于自主水下航行器纵向运动的操纵，控制航行器的航行深度、俯仰角和俯仰角速度；垂直直流舵机用于自主水下航行器侧向运动的操纵，控制航行器的航向和偏航角速度。在通常情况下，舵机作为自主水下航行器控制系统的执行机构，对自主水下航行器的航行起到稳定的操纵作用。但是，当自主水下航行器出现如控制器死机等故障时，就会出现航行超深的现象，容易造成水下航行器扎到海底或者耐压结构遭到破坏而丢失的严重事故。为此，当自主水下航行器出现航行超深现象时，必须对水平直流舵机采取应急避险的控制措施。现有的水平直流舵机控制采用一个继电器进行切换控制的方式，如附图I所示。当自主水下航行器没有出现超深现象时，继电器不动作，水平直流舵机与控制信号U+和U-相连，其中U+和U-是由舵机控制电路给出的用于控制水平舵机的PWM信号；当自主水下航行器出现航行超深现象时，安装在航行器上的压力开关会输出开关信号，接通继电器的控制线圈，使继电器动作，水平直流舵机与控制信号V+和V-相连，其中V+和V-是由航行器的仪表电池引出的电源，致使水平直流舵机操极限上舵，使自主水下航行器紧急上浮，从而避免自主水下航行器扎到海底或者耐压结构遭到破坏而丢失的严重事故。但是用继电器进行切换控制存在以下缺点①继电器动作的可靠性与许多因素有关，一旦继电器出现误动，给自主水下航行器的航行安全带来很大隐患；②舵机的操舵电流一般较大，当继电器进行大电流的切换时，通常会产生电火花，不仅影响继电器的寿命和工作可靠性，而且严重时会影响航行器的电磁兼容性。
发明内容
要解决的技术问题为解决现有技术存在的不足，本发明提出了一种能够应急避险的水下航行器水平直流舵机控制方法及装置。技术方案本发明的技术方案为所述一种能够应急避险的水下航行器水平直流舵机控制方法，其特征在于包括以下步骤
步骤I :将水下航行器控制系统给出的水平操舵指令经过光电隔离，生成O 5V的P丽控制信号DSP_PWM1 ;由时钟芯片输出O 5V的具有80%占空比的PWM控制信号NE555_PWM, NE555_PWM信号是水平直流舵机操上舵的控制信号；由压力开关通过自锁电路输出逻辑控制信号JJTCZS，当水下航行器正常工作时，JJTCZS信号为高电平逻辑控制信号，当水下航行器发生超深航行现象时，JJTCZS信号为低电平逻辑控制信号；
步骤2 :将DSP_PWM1信号与JJTCZS信号进行逻辑与运算得到与门I信号；将JJTCZS信号进行逻辑非运算后，再和NE555PWM信号进行逻辑与运算得到与门2信号；步骤3 :将与门I信号和与门2信号进行逻辑或运算后，经过光电隔离和驱动放大，得到水平直流舵机的PWM控制信号，对水下航行器的水平直流舵机进行控制。所述一种能够应急避险的水下航行器水平直流舵机控制装置，其特征在于包括水下航行器控制系统中的水平直流舵机DSP控制器、555时钟芯片、压力开关、自锁电路以及光电隔离和驱动放大电路；水平直流舵机DSP控制器产生的PWM控制信号经过光电隔离器件后输出O 5V的水平直流舵机PWM控制信号DSP_PWM1 ；555时钟芯片输出O 5V的具有80%占空比的PWM控制信号NE555_PWM ;压力开关输出的信号经过自锁电路输出逻辑控制信号JJTCZS，当水下航行器正常工作时，JJTCZS信号为高电平逻辑控制信号，当水下航行器发生超深航行现象时，JJTCZS信号为低电平逻辑控制信号；逻辑控制信号JJTCZS与水平直流舵机DSP控制器产生的PWM控制信号DSP_P^1 —起输入第一与门运算器；逻辑控制信号JJTCZS通过非门运算器后与时钟芯片的PWM控制信号NE555_PWM —起输入第二与门运算器；第一与门运算器的输出信号与第二与门运算器的输出信号一起输入或门运算器，或门运算器的输出信号经过光电隔离和驱动放大电路后输入水平直流舵机，以控制水平直流舵机的正反转。所述一种能够应急避险的水下航行器水平直流舵机控制装置，其特征在于自锁电路中包括三个光电隔离器件；压力开关的输出信号JJTC+串联一个电阻后，引入第一光电隔离器件输入端的阳极，压力开关的输出信号JJTC-引入第一光电隔离器件输入端的阴极，第一光电隔离器件输出端的集电极用+5V供电，输出端的发射极连接第二光电隔离器件输入端的阳极，第二光电隔离器件输入端的阴极与第三光电隔离器件输入端的阳极串联，第三光电隔离器件输入端的阴极通过一个电阻接地；第二光电隔离器件输出端的集电极用+5V供电，输出端的发射极反馈到第二光电隔离器件输入端的阳极；第三光电隔离器件输出端的集电极引出逻辑控制信号JJTCZS，并通过一个电阻用+5V供电，输出端的发射极接地。有益效果本发明采用软开关技术进行逻辑切换控制，避免了传统继电器切换控制方法存在的大电流切换的问题，不仅提高系统的工作可靠性，而且提高了系统的电磁兼容性。
附图I是现有的水平直流航机控制原理图附图2是本发明的水平直流舵机控制原理图附图3是实施例DSP控制器产生PWM信号的光电隔离电路原理图附图4是实施例555时钟芯片产生P丽控制信号原理图
附图5是实施例超深航行故障自锁电路原理图附图6是实施例水平直流舵机PWM信号光电隔离与驱动放大电路原理图
具体实施例方式下面结合具体实施例描述本发明实施例本实施例为对水下自主航行器的水平直流舵机进行控制，防止水下自主航行器出现航行超深现象。
参照附图2，从图中可以看出，控制装置中包括水下航行器控制系统中的水平直流舵机DSP控制器、555时钟芯片、压力开关、自锁电路以及光电隔离和驱动放大电路。参照附图3，水平直流舵机DSP控制器输出O 3. 3V水平舵机操舵指令的PWM控制信号，经由电阻R39，引入光电隔离器件N17输入端的阳极，N17输入端的阴极接地，N17输出端的集电极用+5V供电，N17输出端的发射极经由电阻R38接地，并从N17输出端的发射极引出光电隔离后的O 5V的PWM控制信号DSP_PWM1 ;其中光电隔离器件采用TLP521。参照附图4，采用NE555P时钟芯片输出O 5V的具有80%占空比的PWM控制信号NE555_PWM，该信号是使水平直流舵机操上舵的控制信号，其中电路中的微调电位器N28用来调节NE555_PWM控制信号的占空比。参照附图5，压力开关的输出信号需要经过自锁电路后输出逻辑控制信号JJTCZS，之所以要经过自锁电路，是因为当自主水下航行器发生超深航行的现象后，由于操上舵，自主水下航行器就上浮，压力开关输出的信号就会消失，为了及时回收已发生了故障的自主水下航行器，以便进行故障排查，必须采用自锁电路，确保水平舵机继续操上舵，使自主水下航行器能尽快上浮到水面进行打捞和回收。自锁电路中包括三个光电隔离器件N19、N20和N21，压力开关的输出信号JJTC+串联一个电阻R42后，引入第一光电隔离器件N19输入端的阳极,压力开关的输出信号JJTC-引入N19输入端的阴极，N19输出端的集电极用+5V供电，N19输出端的发射极连接第二光电隔离器件N20输入端的阳极，N20输入端的阴极与第三光电隔离器件N21输入端的阳极串联，N21输入端的阴极通过一个电阻R43接地；N20输出端的集电极用+5V供电，N20输出端的发射极反馈到N20输入端的阳极；N21输出端的集电极引出逻辑控制信号JJTCZS，并通过一个电阻R47用+5V供电，N21输出端的发射极接地。其中光电隔离器件N19、N20和N21均采用TLP521。如此，压力开关的输出经过自锁电路，输出具有超深航行记忆和断电复位功能的逻辑控制信号JJTCZS，当水下航行器正常工作时，压力开关没有给出超深航行的指令，光电隔离器件N19、N20和N21不导通，故障自锁电路输出高电平逻辑控制信号JJTCZS ;当压力开关一旦给出超深航行的指令时，光电隔离器件N19、N20和N21导通，故障自锁电路输出低电平逻辑控制信号JJTCZS，此时即使超深航行指令消失，由于光电隔离器件N20和N21自锁，故障自锁电路仍然输出低电平逻辑控制信号JJTCZS。电路一旦断电，此自锁电路能自动复位。在得到上述三组信号后，逻辑控制信号JJTCZS与水平直流舵机PWM控制信号DSP_PWMl 一起输入第一与门运算器与门I ;逻辑控制信号JJTCZS通过非门运算器后，与NE555P时钟芯片输出的PWM控制信号NE555_PWM —起输入第二与门运算器与门2 ;与门I的输出信号和与门2的输出信号一起输入或门运算器，或门运算器的输出信号经过光电隔离和驱动放大电路后输入水平直流舵机，以控制水平直流舵机的正反转。参照附图6，光电隔离和驱动放大器件采用HCPL-0466，HCPL-0466输入电源端口2采用5V供电，输入信号端口 3输入的是或门运算器输出的用于水平直流舵机控制的O 5V的PWM控制信号，输出电源端口 8和5连接水平直流舵机的双极性供电电源VD+和VD-，输出信号端口 6输出VD- VD+之间的PWM控制信号，以控制水平直流舵机的正反转。图2给出了本发明的水 平直流舵机控制原理图，当自主水下航行器能正常工作时，压力开关通过自锁电路输出高电平逻辑控制信号JJTCZS，与门2没有输出，与门I输出DSP产生的PWM控制信号，此信号经过或门后，通过光电隔离和驱动放大，用来控制水平舵机，使自主水下航行器按照控制指令进行操舵，使自主水下航行器稳定航行；当自主水下航行器出现故障而发生超深航行的现象时，压力开关通过自锁电路输出低电平逻辑控制信号JJTCZS，与门I没有输出，与门2输出的是555时钟芯片产生的PWM控制信号，此信号经或门后，通过光电隔离和驱动放大，用来控制水平舵机，使水平舵机操上舵，使自主水下航行器能紧急上浮，以保证自主水下航行器的航行安全。总之，本发明提出的一种具有应急避险功能的自主水下航行器水平直流舵机控制方法，该方法采用了软开关技术进行逻辑切换控制，提高了系统的工作可靠性，同时避免了大电流的切换，提高了系统的电磁兼容性。
权利要求
1.一种能够应急避险的水下航行器水平直流舵机控制方法，其特征在于包括以下步骤 步骤I :将水下航行器控制系统给出的水平操舵指令经过光电隔离，生成O 5V的PWM控制信号DSP_PWM1 ;由时钟芯片输出O 5V的具有80%占空比的PWM控制信号NE555_PWM, NE555_PWM信号是水平直流舵机操上舵的控制信号；由压力开关通过自锁电路输出逻辑控制信号JJTCZS，当水下航行器正常工作时，JJTCZS信号为高电平逻辑控制信号，当水下航行器发生超深航行现象时，JJTCZS信号为低电平逻辑控制信号； 步骤2 :将DSP_PWM1信号与JJTCZS信号进行逻辑与运算得到与门I信号；将JJTCZS信号进行逻辑非运算后，再和NE555PWM信号进行逻辑与运算得到与门2信号； 步骤3 :将与门I信号和与门2信号进行逻辑或运算后，经过光电隔离和驱动放大，得到水平直流舵机的PWM控制信号，对水下航行器的水平直流舵机进行控制。
2.一种能够应急避险的水下航行器水平直流舵机控制装置，其特征在于包括水下航行器控制系统中的水平直流舵机DSP控制器、555时钟芯片、压力开关、自锁电路以及光电隔离和驱动放大电路；水平直流舵机DSP控制器产生的PWM控制信号经过光电隔离器件后输出O 5V的水平直流舵机PWM控制信号DSP_PWM1 ；555时钟芯片输出O 5V的具有80%占空比的PWM控制信号NE555_PWM ;压力开关输出的信号经过自锁电路输出逻辑控制信号JJTCZS，当水下航行器正常工作时，JJTCZS信号为高电平逻辑控制信号，当水下航行器发生超深航行现象时，JJTCZS信号为低电平逻辑控制信号；逻辑控制信号JJTCZS与水平直流舵机DSP控制器产生的PWM控制信号DSP_PWM1 —起输入第一与门运算器；逻辑控制信号JJTCZS通过非门运算器后与时钟芯片的PWM控制信号NE555_PWM —起输入第二与门运算器；第一与门运算器的输出信号与第二与门运算器的输出信号一起输入或门运算器，或门运算器的输出信号经过光电隔离和驱动放大电路后输入水平直流舵机，以控制水平直流舵机的正反转。
3.根据权利要求2所述的一种能够应急避险的水下航行器水平直流舵机控制装置，其特征在于自锁电路中包括三个光电隔离器件；压力开关的输出信号JJTC+串联一个电阻后，引入第一光电隔离器件输入端的阳极，压力开关的输出信号JJTC-引入第一光电隔离器件输入端的阴极，第一光电隔离器件输出端的集电极用+5V供电，输出端的发射极连接第二光电隔离器件输入端的阳极，第二光电隔离器件输入端的阴极与第三光电隔离器件输入端的阳极串联，第三光电隔离器件输入端的阴极通过一个电阻接地；第二光电隔离器件输出端的集电极用+5V供电，输出端的发射极反馈到第二光电隔离器件输入端的阳极；第三光电隔离器件输出端的集电极引出逻辑控制信号JJTCZS，并通过一个电阻用+5V供电，输出端的发射极接地。
全文摘要
本发明提出了一种能够应急避险的水下航行器水平直流舵机控制方法及装置，将水下航行器的水平操舵指令经光电隔离，生成PWM控制信号DSP_PWM1；时钟芯片输出PWM控制信号NE555_PWM，压力开关输出逻辑控制信号JJTCZS；将DSP_PWM1信号与JJTCZS信号进行与运算得与门1信号；将JJTCZS信号进行非运算，再和NE555PWM信号进行与运算得与门2信号；将与门1信号和与门2信号进行或运算，得水平直流舵机的PWM控制信号。本发明采用软开关技术进行逻辑切换控制，避免了传统继电器切换控制方法存在的大电流切换的问题，不仅提高系统的工作可靠性，而且提高了系统的电磁兼容性。
文档编号B63H25/14GK102632987SQ201210126180
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月27日 优先权日2012年4月27日
发明者严卫生, 崔荣鑫, 张克涵, 张福斌, 张立川, 彭星光, 梁庆卫, 王银涛, 高剑 申请人:西北工业大学