高性能水域無人巡查裝置電機控制系統(tǒng)的 應(yīng)用設(shè)計
方佳韻，鐘敏
(上海電器科學(xué)研究所(集團)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，該裝置具有機動性能好、推進效率高、節(jié)約能耗等優(yōu)點，可應(yīng)用于近岸巡邏、海洋資源勘察與開發(fā)、海洋救險及打撈等。以高性能水域無人巡查裝置為研究對象，設(shè)計置用于該裝置的電機控制系統(tǒng)。結(jié)合導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)，能滿足船舶無人駕駛、自動航行、定點巡邏、防碰撞的應(yīng)用需求。
關(guān)鍵詞：無人駕駛；遠程遙控；電機控制
中圖分類號：TM 301 2文獻標志碼：A文章編號：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，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)的水域探測器不同，其采用先進的無線通信技術(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、適宜水域行動等特點，可與控制巾心交互聯(lián)動形成完整的監(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，對于提高水域技防于段，應(yīng)對突發(fā)事件有著重大的現(xiàn)實意義：
1 設(shè)計目標
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、遠程遙控和無人自動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(緊急機械控制)和就地操縱(維護人員電動控制)實現(xiàn)；遠程遙控是指通過無線的方式接收控制中心信號來控制船的動作，并將船舶運行狀態(tài)傳到控制中心；無人自動駕駛是最為智能化的操作模式，在無人裝置上安裝自動導(dǎo)航設(shè)備，控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定軌跡自動駕駛，實現(xiàn)自動巡邏、自動避碰功能。本文介紹的巡查裝置為直流電動推進設(shè)備，采用48 V蓄電池供電，帶動永磁無刷直流電動機，采用雙線絕緣系統(tǒng)，電源采用免維護鉛酸蓄電池。
設(shè)計階段分為系統(tǒng)整體設(shè)計、硬件設(shè)計、通信設(shè)計和軟件設(shè)計四個部分。系統(tǒng)整體設(shè)計提供系統(tǒng)的整體設(shè)計描述；硬件設(shè)計實現(xiàn)系統(tǒng)功能所需要的硬件；通信設(shè)計規(guī)定系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)通信方式；軟件功能沒計包含人機交互系統(tǒng)、仿真擬系統(tǒng)和虛擬儀表設(shè)計等。
預(yù)期達到的技術(shù)指標如下：
(1)自航移動速度(4節(jié))>2m／s(****是大于3m／s)；
(2)最小轉(zhuǎn)彎半徑為10 m；
(3)續(xù)航時間>8 h(定點狀態(tài)：24 h)；
(4)最遠距離>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)有失蹤自浮；
(8)姿態(tài)控制為自動，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B級類航區(qū)的要求。
2基本設(shè)計概念和處理流程
整個系統(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有三個通信口，分別與船上人機界面、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：舵機控制單元，左右推進器控制單元，信號燈控制單元，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48 v和24 v供電系統(tǒng)的電壓電流進行檢測；AIs通信單元采用自動通信防議對AIs和雷達信號進行采集；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算機組成，模擬駕駛盤通過方向盤控制船的運行方向，左有油門控制前進、后退及運行速度；軟件中模擬駕駛盤通過uSB口與計算機相連，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。
計算機監(jiān)控軟件通過MPORT串口與船上PLc進行串口通信，實現(xiàn)人際交互功能，畫面設(shè)計 |
