CN102910274A - 一种水下浮动平台深度与姿态自动调节装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水下浮动平台深度与姿态自动调节装置及方法，该装置包括两个姿态传感器、四个压力传感器、四个绞车、电机驱动器、光电复合缆、控制主机、光纤适配器和供电单元。所有传感器和绞车均安装在水下浮动平台上，电机驱动器、控制主机、光纤适配器和供电单元均位于岸上。水下浮动平台工作前，先将深度与姿态调整至设定值；在工作过程中，将各个传感器获得的实时的深度和姿态信息分别与设定值进行比对，判断其是否稳定在设定值的误差范围内，然后通过控制四个绞车达到对浮动平台进行动态调整的目的。该系统不仅能对大型水下浮动平台进行深度和姿态调节，而且能为平台上搭载的仪器提供电源，以满足搭载仪器的正常工作需求，提高仪器的测量精度。

Description

一种水下浮动平台深度与姿态自动调节装置及方法

技术领域

发明涉及一种水下浮动平台的自动调节装置及方法，具体涉及一种水下浮动平台深度与姿态自动调节装置及方法。

背景技术

我国地源广阔，不仅拥有丰富各种资源,而且拥有许多重要的港口、水坝和核电站等重要设施。近年来周边各国对我国海洋资源疯狂的掠夺，以及国际国内反恐形势严峻；尤其来自水中的威胁日益严重。在这种环境下应运而生了各种各样水中探测设备，这些设备为我们了解水域的水文信息和保护重要设施提供了安全保障。水下浮动平台就是用于搭载的这些水中探测设备的平台；以前受水下浮动平台尺寸的限制，搭载仪器设备有限，功能单一，且水下浮动平台只能进行深度调节，而无法进行姿态调节，直接影响设备的测量精度。

随着科技水平进步和需求的变化，出现了大型水下浮动平台，可以搭载多种仪器设备，既满足实际需求，一专多能，又能提高维护性，降低使用和维护的成本。但传统的控制系统不能对大型水下浮动平台在水中的深度和姿态进行自动控制，严重影响水下浮动平台上搭载设备得的工作性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种水下浮动平台深度与姿态自动调节装置及方法，采用该方法能够对水下浮动平台的深度和姿态进行自动控制，确保水下浮动平台在水中的深度和姿态满足搭载设备正常工作的要求。

本发明的水下浮动平台深度与姿态自动调节装置包括：两个姿态传感器、四个压力传感器、四个绞车、电机驱动器、光电复合缆、控制主机、光纤适配器和供电单元。上述所有传感器和绞车均安装在水下浮动平台上，电机驱动器、控制主机、光纤适配器和供电单元均位于岸上。

其连接关系为：在水下浮动平台对称的四个系留点分别安装绞车，在每个绞车上布置一个压力传感器，在水下浮动平台的前后端的中心位置各布置一个姿态传感器。以上所有传感器的输出端均接入水下浮动平台上的仪表控制单元。所述光电复合缆的一端分为5束，分别与仪表控制单元和四个绞车连接。另一端分成2束，分别与岸上的电机驱动器和光纤适配器连接。光纤适配器分别通过光纤与控制主机和电机驱动器连接。所述供电单元通过电机驱动器连接为仪表控制单元中的电源供电，仪表控制单元中的电源为所有传感器供电。

采用该装置进行水下浮动平台深度与姿态自动调节的具体方法为：

当布放水下浮动平台时，首先调节水下浮动平台的深度：

所述控制主机向电机驱动器发送水下浮动平台的目标深度值、两个姿态传感器测得的横滚角差值的限定值、两个姿态传感器测得的俯仰角差值的限定值。同时向电机驱动器发送同时启动四个绞车的指令。

所述电机驱动器接收到指令后，同时启动四个绞车，使四个绞车同步工作，依据接收到的目标深度数值调整水下浮动平台的深度。调整过程中，所有传感器将检测信号发送给仪表控制单元，控制主机实时采集仪表控制单元中所有传感器的检测信号。控制主机依据深度传感器测得的深度值判断水下浮动平台的当前深度是否在目标深度值误差允许范围内，如果是，控制主机向电机驱动器发送停止指令，所有绞车停止工作。否则，电机驱动器继续控制绞车工作，直至水下浮动平台的深度在目标深度值误差允许范围内。

在深度调整过程中，如果控制主机判断两个姿态传感器测得的横滚角的差值或俯仰角的差值大于其限定值，则暂停深度调整。即控制主机向电机驱动器发送停止指令，所有绞车停止工作。控制主机依据横滚角或俯仰角的差值判断横滚或俯仰的方向，然后控制电机驱动器驱动该方向上的绞车进行姿态调整，调整过程中，控制主机实时采集两个姿态传感器的信号，当两个姿态传感器测得的横滚角的差值和俯仰角的差值均小于限定值后，停止姿态调节，继续进行深度调整。

当水下浮动平台位于设定深度后，对水下浮动平台的姿态进行调节：

所述控制主机向电机驱动器发送目标姿态要求，所述姿态要求包括水下浮动平台的横滚角和俯仰角。

电机驱动器启动绞车工作，依据目标姿态要求调整水下浮动平台的姿态，调整过程中，控制主机实时采集所有姿态传感器的信号，以判断水下浮动平台的姿态值是否在目标姿态误差允许范围内，如果是，控制主机向电机驱动器发送停止指令，绞车停止工作。否则，电机驱动器继续控制绞车工作，调整水下浮动平台的姿态，直至水下浮动平台的姿态在目标姿态要求误差允许范围内。

水下浮动平台在工作过程中，压力传感器获得水下浮动平台的深度信息，姿态传感器获得水下浮动平台的姿态信息，控制主机实时采集以上所有信息，并进行实时处理，判断浮动平台的深度是否在目标深度值误差允许范围内以及姿态是否在目标姿态要求误差允许范围内，若浮动平台的深度或姿态不在误差允许范围内，则通过电机驱动器控制四个绞车的速度和方向，对水下浮动平台的深度和姿态进行动态调整，保证水下浮动平台的深度和姿态均在误差允许范围内。

当水下浮动平台的长度超过设定值后，通过压力传感器测得的深度值补偿姿态传感器测得的姿态数据。其中水下浮动平台长度方向的深度值用来补偿俯仰角，水下浮动平台宽度方向深度差值用来补偿横滚角。

有益效果：

（1）本发明能够同时对水下浮动平台的深度和姿态进行自动调节，保证平台上所搭载设备的测量精度。

（2）本发明的水下浮动平台自动控制装置适用于大型水下浮动平台，能够对大型水下浮动平台在水中的深度和姿态进行自动控制。

（3）本发明的水下浮动平台自动控制装置就是为这类大型水下浮动平台研制的，他不仅能对这类水下浮动平台进行深度和姿态调节，而且能为搭载的仪器设备提供电源，以满足搭载的仪器设备正常工作所需的要求，提高仪器设备的测量精度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，1-水下浮动平台，2-压力传感器，3-姿态传感器，4-仪表控制单元，5-光电复合缆，6-绞车。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例针对大型水下浮动平台提供一种水下浮动平台深度与姿态自动调节装置及方法，该装置不仅能对大型水下浮动平台进行深度和姿态调节，而且能为浮动平台上搭载的仪器提供电源，以满足搭载仪器的正常工作需求，提高这些仪器的测量精度。

如图1所示，该装置包括两个姿态传感器3、四个压力传感器2、四个绞车6、电机驱动器、光电复合缆5、控制主机、光纤适配器和供电单元；其中上述所有传感器和绞车6均安装在水下浮动平台1上，电机驱动器、控制主机、光纤适配器和供电单元均位于岸上。

其连接关系为：在水下浮动平台1对称的四个系留点分别安装绞车6，在每个绞车6上布置一个压力传感器2，在水下浮动平台1的前后端的中心位置各对称布置一个姿态传感器3；以上所有传感器的输出端均接入水下浮动平台1上的仪表控制单元4，仪表控制单元4和四个绞车6分别与光电复合缆5连接。光电复合缆5的另一端分成两路，一路与岸上的电机驱动器连接，用于传输电信号；另一路与光纤适配器连接，用于传输光信号。光纤适配器通过光纤分别与控制主机和电机驱动器连接。供电单元通过电缆与电机驱动器连接，电机驱动器通过光电复合缆5为仪表控制单元4中的电源供电，仪表控制单元4中的电源为所有传感器供电。

所有传感器的电信号在仪表控制单元4内转换为光信号，控制主机通过光纤向仪表控制单元4发送数据采集指令后，仪表控制单元4将所有传感器的信号发送给控制主机；同时控制主机还通过光纤向电机驱动器发送控制信号，分别控制四个绞车6的工作。

采用该装置进行水下浮动平台深度与姿态调节的过程为：

步骤一：水下浮动平台1的深度调节：

101：控制主机向电机驱动器发送水下浮动平台1的目标深度值、两个姿态传感器3测得的横滚角差值的限定值、两个姿态传感器3测得的俯仰角差值的限定值；

102：电机驱动器同时启动四个绞车6，使四个绞车6同步工作，依据目标深度数值调整水下浮动平台1的深度。调整过程中，控制主机实时采集所有压力传感器2和姿态传感器3的信号，并实时进行处理（指控制主机与仪表舱之间按照通信协议进行解算深度及姿态数据并显示）；控制主机判断水下浮动平台1当前深度值是否在目标深度值误差允许范围内，如果是，控制主机向电机驱动器发送停止指令，所有绞车6停止工作；否则，电机驱动器继续控制绞车6工作，直至水下浮动平台1的深度在目标深度值误差允许范围内。

在深度调整过程中，如果控制主机计算得到的横滚角之差或俯仰角之差大于其限定值，则暂停深度调整；控制主机依据横滚角或俯仰角的差值判断横滚或俯仰的方向，然后控制电机驱动器对驱动该方向上的绞车6，调整过程中，控制主机采集所有姿态传感器3的信号，当横滚角之差和俯仰角之差均小于限定值后，再停止姿态调节，继续进行深度调整。

步骤二：当水下浮动平台1位于设定深度后，对水下浮动平台1的姿态进行调节：

201：控制主机向电机驱动器发送目标姿态要求，所述姿态要求包括水下浮动平台1的横滚角和俯仰角；

202：电机驱动器启动绞车6工作，依据目标姿态要求整水下浮动平台1的姿态，调整过程中，控制主机实时采集所有姿态传感器3的信号，以判断水下浮动平台1的姿态值是否在目标姿态误差允许范围内，如果是，控制主机向电机驱动器发送停止指令，绞车6停止工作；否则，电机驱动器继续控制绞车6工作，调整水下浮动平台1的姿态，直至水下浮动平台1的姿态在目标姿态要求误差允许范围内。

步骤三：水下浮动平台1在工作过程中，压力传感器2获得水下浮动平台1的深度信息，姿态传感器3获得水下浮动平台1的姿态信息，控制主机实时采集以上所有信息，并进行实时处理，将计算值与设定数值进行比对，判断浮动平台的深度和姿态是否稳定在目标值的误差范围内，若不是，则通过控制四个绞车6的速度和方向，达到对水下浮动平台1进行动态调整的目的，保证水下浮动平台1的深度和姿态均在误差允许范围内。

当水下浮动平台1的长度超过一定值后，由于平台自身的变形，则姿态传感器3测量数据精度变差，此时可通过压力传感器2的深度差值解算平台的姿态数据，用来补偿姿态传感器3的不足。其中浮动平台长度方向的深度值用来解算仰角，浮动平台宽度方向深度差值用来解算横滚角。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种水下浮动平台深度与姿态自动调节装置，其特征在于，包括：两个姿态传感器（3）、四个压力传感器（2）、四个绞车（6）、电机驱动器、光电复合缆（5）、控制主机、光纤适配器和供电单元；上述所有传感器和绞车（6）均安装在水下浮动平台（1）上，电机驱动器、控制主机、光纤适配器和供电单元均位于岸上；

其连接关系为：在水下浮动平台（1）对称的四个系留点分别安装绞车（6），在每个绞车（6）上布置一个压力传感器（2），在水下浮动平台（1）的前后端的中心位置各布置一个姿态传感器（3）；以上所有传感器的输出端均接入水下浮动平台（1）上的仪表控制单元（4）；所述光电复合缆（5）的一端分为5束，分别与仪表控制单元（4）和四个绞车（6）连接；另一端分成2束，分别与岸上的电机驱动器和光纤适配器连接；光纤适配器分别通过光纤与控制主机和电机驱动器连接；所述供电单元通过电机驱动器连接为仪表控制单元（4）中的电源供电，仪表控制单元（4）中的电源为所有传感器供电。

2.一种水下浮动平台深度与姿态自动调节方法，其特征在于，

当布放水下浮动平台（1）时，首先调节水下浮动平台（1）的深度：

所述控制主机向电机驱动器发送水下浮动平台（1）的目标深度值、两个姿态传感器（3）测得的横滚角差值的限定值、两个姿态传感器（3）测得的俯仰角差值的限定值；同时向电机驱动器发送同时启动四个绞车（6）的指令；

所述电机驱动器接收到指令后，同时启动四个绞车（6），使四个绞车（6）同步工作，依据接收到的目标深度数值调整水下浮动平台（1）的深度；调整过程中，所有传感器将检测信号发送给仪表控制单元，控制主机实时采集仪表控制单元中所有传感器的检测信号；控制主机依据深度传感器测得的深度值判断水下浮动平台（1）的当前深度是否在目标深度值误差允许范围内，如果是，控制主机向电机驱动器发送停止指令，所有绞车（6）停止工作；否则，电机驱动器继续控制绞车（6）工作，直至水下浮动平台（1）的深度在目标深度值误差允许范围内；

在深度调整过程中，如果控制主机判断两个姿态传感器测得的横滚角的差值或俯仰角的差值大于其限定值，则暂停深度调整；即控制主机向电机驱动器发送停止指令，所有绞车（6）停止工作；控制主机依据横滚角或俯仰角的差值判断横滚或俯仰的方向，然后控制电机驱动器驱动该方向上的绞车（6）进行姿态调整，调整过程中，控制主机实时采集两个姿态传感器的信号，当两个姿态传感器测得的横滚角的差值和俯仰角的差值均小于限定值后，停止姿态调节，继续进行深度调整；

当水下浮动平台（1）位于设定深度后，对水下浮动平台（1）的姿态进行调节：

所述控制主机向电机驱动器发送目标姿态要求，所述姿态要求包括水下浮动平台（1）的横滚角和俯仰角；

电机驱动器启动绞车（6）工作，依据目标姿态要求调整水下浮动平台（1）的姿态，调整过程中，控制主机实时采集所有姿态传感器（3）的信号，以判断水下浮动平台（1）的姿态值是否在目标姿态误差允许范围内，如果是，控制主机向电机驱动器发送停止指令，绞车（6）停止工作；否则，电机驱动器继续控制绞车（6）工作，调整水下浮动平台（1）的姿态，直至水下浮动平台（1）的姿态在目标姿态要求误差允许范围内；

水下浮动平台（1）在工作过程中，压力传感器（2）获得水下浮动平台（1）的深度信息，姿态传感器（3）获得水下浮动平台（1）的姿态信息，控制主机实时采集以上所有信息，并进行实时处理，判断浮动平台的深度是否在目标深度值误差允许范围内以及姿态是否在目标姿态要求误差允许范围内，若浮动平台的深度或姿态不在误差允许范围内，则通过电机驱动器控制四个绞车（6）的速度和方向，对水下浮动平台（1）的深度和姿态进行动态调整，保证水下浮动平台（1）的深度和姿态均在误差允许范围内。

3.如权利要求2所述的一种水下浮动平台深度与姿态自动调节方法，其特征在于，当水下浮动平台（1）的长度超过设定值后，通过压力传感器测得的深度值补偿姿态传感器测得的姿态数据；其中水下浮动平台（1）长度方向的深度值用来补偿俯仰角，水下浮动平台（1）宽度方向深度差值用来补偿横滚角。

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