高性能水域無人巡查裝置電機(jī)控制系統(tǒng)的 應(yīng)用設(shè)計(jì)
方佳韻，鐘敏
(上海電器科學(xué)研究所(集團(tuán))有限公司，上海200063)
摘要：近年來，無人駕駛近海巡查裝置的研究已成為熱點(diǎn)，該裝置具有機(jī)動(dòng)性能好、推進(jìn)效率高、節(jié)約能耗等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于近岸巡邏、海洋資源勘察與開發(fā)、海洋救險(xiǎn)及打撈等。以高性能水域無人巡查裝置為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)置用于該裝置的電機(jī)控制系統(tǒng)。結(jié)合導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)，能滿足船舶無人駕駛、自動(dòng)航行、定點(diǎn)巡邏、防碰撞的應(yīng)用需求。
關(guān)鍵詞：無人駕駛；遠(yuǎn)程遙控；電機(jī)控制
中圖分類號(hào)：TM 301 2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：167345540(2010)05 0046 03
0 引 言
在國際上，無人駕駛近海巡查裝置目前已成為研究熱點(diǎn)，該裝置體積小、靈活性好，無論在民用還是軍事方面都有廣泛應(yīng)用。
本文介紹的高性能水上無人巡查裝置與國內(nèi)研發(fā)的水域探測(cè)器不同，其采用先進(jìn)的無線通信技術(shù)，覆蓋范同廣，工作區(qū)域大，具有靈活性好、智能化程度高、可以有效增大信息獲取半徑、適宜水域行動(dòng)等特點(diǎn)，可與控制巾心交互聯(lián)動(dòng)形成完整的監(jiān)控系統(tǒng)，在現(xiàn)代近岸的偵查、監(jiān)視等應(yīng)用中具有越來越廣泛的用途，對(duì)于提高水域技防于段，應(yīng)對(duì)突發(fā)事件有著重大的現(xiàn)實(shí)意義：
1 設(shè)計(jì)目標(biāo)
術(shù)文介紹的高性能水上無人巡矗裝置需要具有三種不同的操作模式：有人駕駛、遠(yuǎn)程遙控和無人自動(dòng)駕駛有人駕駛是指人工控制巡查裝置，該模式只用于緊急狀態(tài)，通過駕駛員操縱(緊急機(jī)械控制)和就地操縱(維護(hù)人員電動(dòng)控制)實(shí)現(xiàn)；遠(yuǎn)程遙控是指通過無線的方式接收控制中心信號(hào)來控制船的動(dòng)作，并將船舶運(yùn)行狀態(tài)傳到控制中心；無人自動(dòng)駕駛是最為智能化的操作模式，在無人裝置上安裝自動(dòng)導(dǎo)航設(shè)備，控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定軌跡自動(dòng)駕駛，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡邏、自動(dòng)避碰功能。本文介紹的巡查裝置為直流電動(dòng)推進(jìn)設(shè)備，采用48 V蓄電池供電，帶動(dòng)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)，采用雙線絕緣系統(tǒng)，電源采用免維護(hù)鉛酸蓄電池。
設(shè)計(jì)階段分為系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、通信設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)四個(gè)部分。系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)提供系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)描述；硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能所需要的硬件；通信設(shè)計(jì)規(guī)定系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)通信方式；軟件功能沒計(jì)包含人機(jī)交互系統(tǒng)、仿真擬系統(tǒng)和虛擬儀表設(shè)計(jì)等。
預(yù)期達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)如下：
(1)自航移動(dòng)速度(4節(jié))>2m／s(****是大于3m／s)；
(2)最小轉(zhuǎn)彎半徑為10 m；
(3)續(xù)航時(shí)間>8 h(定點(diǎn)狀態(tài)：24 h)；
(4)最遠(yuǎn)距離>40 km(作業(yè)半徑)，****距離為100 km；
(5)定位方式為全球定位系統(tǒng)(GPs)+慣性導(dǎo)航(可淺航定位)；
(6)噪聲(工作情況下)為40 dB；
(7)有失蹤自��；
(8)姿態(tài)控制為自動(dòng)，遙控；
(9)定位精度為10％航程(GPs+慣導(dǎo))；
(10)重量為l 200kg；
(11)觀察與聯(lián)絡(luò)平臺(tái)高度(觀察和遙控模式)>2．5m；
(12)穩(wěn)性滿足內(nèi)河船穩(wěn)性規(guī)范對(duì)B級(jí)類航區(qū)的要求。
2基本設(shè)計(jì)概念和處理流程
整個(gè)系統(tǒng)包括水上控制系統(tǒng)和監(jiān)控中心系統(tǒng)兩部分。
水上監(jiān)控系統(tǒng)組成如下：硬件由可編程邏輯控制器(PLc)和采集模塊組成，PLc有三個(gè)通信口，分別與船上人機(jī)界面、AIs和M—PORT通信；軟件上PLc采用SIMATIC Step7 Micfcrowin sP3V4 O編程序�？刂颇K包括：舵機(jī)控制單元，左右推進(jìn)器控制單元，信號(hào)燈控制單元，探照燈控制單元，喇叭控制單元，船艙溫度控制單元；電量采集單元，包括對(duì)48 v和24 v供電系統(tǒng)的電壓電流進(jìn)行檢測(cè)；AIs通信單元采用自動(dòng)通信防議對(duì)AIs和雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行采集；監(jiān)控中心通信單元采用MODBus RTu通信協(xié)議；船上監(jiān)控單元集中顯示各系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信協(xié)議PPI西議。
集控中心系統(tǒng)組成如下：硬件由模擬駕駛盤和計(jì)算機(jī)組成，模擬駕駛盤通過方向盤控制船的運(yùn)行方向，左有油門控制前進(jìn)、后退及運(yùn)行速度；軟件中模擬駕駛盤通過uSB口與計(jì)算機(jī)相連，通過vc+十6．O軟件編寫觸摸通信軟件，并將數(shù)據(jù)傳給監(jiān)控軟件。
計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件通過MPORT串口與船上PLc進(jìn)行串口通信，實(shí)現(xiàn)人際交互功能，畫面設(shè)計(jì) |
