CN103496443A - 一种水下设备浮力调节系统及方法 - Google Patents

一种水下设备浮力调节系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103496443A
CN103496443A CN201310474404.XA CN201310474404A CN103496443A CN 103496443 A CN103496443 A CN 103496443A CN 201310474404 A CN201310474404 A CN 201310474404A CN 103496443 A CN103496443 A CN 103496443A
Authority
CN
China
Prior art keywords
flow meter
input end
mouth
hall
select switch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201310474404.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN103496443B (zh
Inventor
赵宝强
连琏
王晓浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Graduate School Tsinghua University
Original Assignee
Shenzhen Graduate School Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Graduate School Tsinghua University filed Critical Shenzhen Graduate School Tsinghua University
Priority to CN201310474404.XA priority Critical patent/CN103496443B/zh
Publication of CN103496443A publication Critical patent/CN103496443A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103496443B publication Critical patent/CN103496443B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
  • Flow Control (AREA)

Abstract

本发明公开了一种水下设备浮力调节系统及方法，该系统中，第一液控单向阀第一端口与内液囊连通，第二液控单向阀第一端口与外液囊之间的管道串联有第一霍尔流量计和第二霍尔流量计，第一霍尔流量计和第二霍尔流量计反向设置，第一液控单向阀第二端口与第二液控单向阀第二端口之间串联双向泵；第一霍尔流量计的信号输出端和第二霍尔流量计的信号输出端分别与选择开关的第一输入端和第二输入端连接，控制信号端和选择开关的输出端分别与比较器的第一输入端和第二输入端连接，PID控制器的输入端和输出端分别与比较器的输出端和电机控制端连接，选择开关的控制端与比较器的输出端或PID控制器的输出端连接。本浮力调节系统简单且精度较高。

Description

一种水下设备浮力调节系统及方法
【技术领域】
本发明涉及水下设备浮力调节系统及方法。
【背景技术】
目前，海洋环境监测和数据采集比较常用的技术手段有：浮标、潜标、自主式水下运载器（AUV）、远程遥控运载器（ROV）和海洋调查船等。但是浮标和潜标没有自主移动能力，不可控制。自主式水下运载器（AUV）、远程遥控运载器（ROV）和海洋调查船采用螺旋桨推进方式，功耗大，成本高不能够满足海洋环境监测大范围、长时间、大尺度的要求，而采用浮力驱动源的水下滑翔机只需要在锯齿状路径的转折点改变浮力调节系统，极大地减小了功耗，具有功耗低，成本低，自主性强，续航力大，维护费用低，重复利用率高，操作简单，对母船依赖性小，可实现编队协同作业等优点。适合连续长期大范围大尺度地对海洋环境监测。在海洋环境监测、海洋资源探测和军事打击侦察等方面都有很大的发展前景。但现有水下滑翔机的浮力调节系统大部分是步进电机带动液压缸中的活塞做往复运动，从而使缸内的油液吸进或排出油囊。但受步进电机功率限制、以及液压缸性能条件和滑翔机空间限制，水下滑翔机的工作深度只能达到数十米，不能满足深海发展要求。还有一部分浮力调节系统采用液压泵与换向阀，并利用压力传感器等测量油囊的体积，其占用空间有所减小，但是系统较为复杂，换向阀的控制需要很好的协调，并且使用压力传感器测量油囊的体积精度不是很高。
【发明内容】
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种水下设备浮力调节系统和方法，以使水下设备浮力调节系统体积更小，且浮力调节更加准确。
一种水下设备浮力调节系统，包括内液囊、外液囊、电机、双向泵和控制信号端，所述电机带动所述双向泵正向和反向转动，还包括液压锁、第一霍尔流量计、第二霍尔流量计、选择开关、比较器和PID控制器，所述液压锁包括第一液控单向阀和第二液控单向阀，第一液控单向阀第一端口与内液囊连通，第二液控单向阀第一端口与外液囊之间的管道串联有第一霍尔流量计和第二霍尔流量计，所述第一霍尔流量计和第二霍尔流量计反向设置，第一液控单向阀第二端口与第二液控单向阀第二端口之间串联所述双向泵；
所述第一霍尔流量计的信号输出端和第二霍尔流量计的信号输出端分别与所述选择开关的第一输入端和第二输入端连接，所述控制信号端和选择开关的输出端分别与所述比较器的第一输入端和第二输入端连接，所述PID控制器的输入端和输出端分别与所述比较器的输出端和电机控制端连接，所述选择开关的控制端与所述比较器的输出端或PID控制器的输出端连接；
所述选择开关的控制端用于，根据比较器的输出端或PID控制器的输出端的信号控制选择开关的第一输入端或第二输入端与输出端连接。
在一个实施例中，水下设备浮力调节系统是水下滑翔机器人浮力调节系统。
在一个实施例中，所述双向泵是双向齿轮泵。
在一个实施例中，所述第一霍尔流量计包括第一霍尔流速计和第一积分运算器，所述第一积分运算器的输入端和输出端分别与第一霍尔流量计的信号输出端和选择开关的第一输入端连接；所述第二霍尔流量计包括第二霍尔流速计和第二积分运算器，所述第二积分运算器的输入端和输出端分别与第二霍尔流量计的信号输出端和选择开关的第二输入端连接。
在一个实施例中，所述内液囊和外液囊用于存储液压油。
本发明还提供了一种水下设备浮力调节方法，采用任一所述的水下设备浮力调节系统，所述方法包括排液步骤和进液步骤：
所述排液步骤包括：
所述控制信号端接收处理器发送的排液体积值；
所述选择开关的控制端根据比较器的输出端的信号，控制选择开关的第一输入端与输出端连接；
所述PID控制器控制电机正向转动，使内液囊的液体依次经过第一液控单向阀、双向泵和第二液控单向阀进入外液囊，直至比较器输出端的输出值为零，所述PID控制电机停止正向转动；
所述进液步骤包括：
所述控制信号端接收处理器发送的排液体积值；
所述选择开关的控制端根据比较器的输出端的信号，控制选择开关的第二输入端与输出端连接；
所述PID控制器控制电机反向转动，使外液囊的液体依次经过第二液控单向阀、双向泵和第一液控单向阀进入内液囊，直至比较器输出端的输出值为零，所述PID控制电机停止反向转动。
在一个实施例中，所述的水下设备浮力调节系统是水下滑翔机器人浮力调节系统。
在一个实施例中，所述双向泵是双向齿轮泵。
在一个实施例中，所述第一霍尔流量计包括第一霍尔流速计和第一积分运算器，所述第一积分运算器的输入端和输出端分别与第一霍尔流量计的信号输出端和选择开关的第一输入端连接；所述第二霍尔流量计包括第二霍尔流速计和第二积分运算器，所述第二积分运算器的输入端和输出端分别与第二霍尔流量计的信号输出端和选择开关的第二输入端连接。
现有的浮力调节系统使用换向阀，整个系统较为复杂，换向阀的控制需要很好的协调，而本水下设备浮力调节系统不需要使用换向阀，因此系统较为简单；另外，现有的浮力调节系统使用压力传感器测量油囊的体积，精度不是很高，而本设备浮力调节系统使用两个反向串联的霍尔流量计，从而可以精确地测量正向和反向的液体流量；本浮力调节系统可以精确地控制浮力的大小，不受水下设备（尤其是水下滑翔机）姿态影响，从而使得水下滑翔机可以按照预定轨迹精确航行。
【附图说明】
图1是本发明一种实施例的水下设备浮力调节系统框图。
【具体实施方式】
以下将结合附图，对本发明的具体实施例作进一步详细说明。
如图1所示，一种水下设备浮力调节系统，包括内液囊1、液压锁2、双向泵3、第一霍尔流量计、第二霍尔流量计、外液囊6、控制信号端7、比较器8、PID控制器9、选择开关10和电机31，其中，第一霍尔流量计包括第一霍尔流速计4和第一积分运算器41，第二霍尔流量计包括第二霍尔流速计5和第二积分运算器51，液压锁2包括第一液控单向阀21和第二液控单向阀22。
电机31用于带动双向泵3正向和反向转动，第一液控单向阀21第一端口211与内液囊1连通，第二液控单向阀22第一端口221与外液囊6之间的管道串联有第一霍尔流量计4和第二霍尔流量计5，所述第一霍尔流量计4和第二霍尔流量计5反向设置，第一液控单向阀21第二端口212与第二液控单向阀22第二端口222之间串联所述双向泵3(双向泵3的第一端口31与第一液控单向阀21第二端口212连接，双向泵3的第二端口32与第二液控单向阀22第二端口222连接)。为防止油路压力低无法控制液压锁2打开，将双向泵3的吸油口和溢油口（图中未示出）连接到内液囊1。
所述第一霍尔流速计4的信号输出端通过第一积分运算器41与选择开关10的第一输入端101连接，第二霍尔流速计5的信号输出端通过第二积分器51与所述选择开关10的第二输入端102连接，所述控制信号端7和选择开关10的输出端103分别与所述比较器8的第一输入端81和第二输入端82连接，所述PID控制器9的输入端和输出端分别与所述比较器8的输出端和电机31的控制端连接，所述选择开关10的控制端104与所述比较器8的输出端83或PID控制器9的输出端连接。
因为霍尔流速计具有方向性，只有在液体从霍尔流速计的流入口流入并从流出口流出，该霍尔流速计才能检测到液体的流速且其信号输出端有相应信号输出，若液体从霍尔流速计的流出口流入而从流入口流出，霍尔流速计则无法检测且其信号输出端则无信号输出。第一霍尔流速计4与第二霍尔流速计5反向设置，即两者检测的液体流向刚好相反，第一霍尔流速计4的流入口42靠近第二液控单向阀22，第一霍尔流速计4的流出口43与第二霍尔流速计5的流入口52连接，而第二霍尔流速计的流出口53与外液囊6连接。
当水下设备需要上浮，控制信号端7发出内液囊1需要向外液囊6输送液体的设定正体积值，同时对第一积分运算器41和第二积分运算器51清零，由于在液体没有流动时，第一霍尔流速计4和第二霍尔流速计5的输出都为零，因而在初始时刻，不管选择开关10的接通第一输入端101还是第二输入端102，其输出端103都输出零值，因此，比较器8输出正值并通过PID控制器控制电机正向转动，进而带动双向泵3使液体从第一液控单向阀21的第二端口212流向第二液控单向阀22的第二端口222，从而使得第一液控单向阀21和第二液控单向阀22打开，液体从内液囊1依次经过第一液控单向阀21、第二液控单向阀22、第一霍尔流速计4和第二霍尔流速计5进入外液囊6；同时，比较器8的输出端83输出的正值控制选择开关10的输出端103与第一输入端101连通，从而第一积分运算器41计算得到的流经第一霍尔流速计4的液体流量被输送到比较器8的第二输入端82，由于液体从内液囊1流向外液囊6，第二霍尔流速计5没有信号输出。当第一积分运算器41计算得到的液体流量等于设定正体积值时，比较器8输出零值，PID控制器控制电机停止转动。
当水下设备需要下潜，控制信号端7发出外液囊6需要向内液囊1输送液体的设定负体积值，同时对第一积分运算器41和第二积分运算器51清零，比较器8输出负值并通过PID控制器控制电机反向转动，进而带动双向泵3使液体从第二液控单向阀22的第二端口222流向第一液控单向阀21的第二端口212，从而使得第一液控单向阀21和第二液控单向阀22打开，液体从外液囊6依次经过第二霍尔流速计5、第一霍尔流速计4、第二液控单向阀22和第一液控单向阀21进入外液囊1；同时，比较器8的输出端83输出的负值控制选择开关10的输出端103与第二输入端102连通，从而第二积分运算器51计算得到的流经第二霍尔流速计5的液体流量被输送到比较器8的第二输入端82。当第二积分运算器51计算得到的液体流量等于设定负体积值时，比较器8输出零值，PID控制器控制电机停止转动。

Claims (9)

1.一种水下设备浮力调节系统，包括内液囊、外液囊、电机、双向泵和控制信号端，所述电机带动所述双向泵正向和反向转动，其特征是：还包括液压锁、第一霍尔流量计、第二霍尔流量计、选择开关、比较器和PID控制器，所述液压锁包括第一液控单向阀和第二液控单向阀，第一液控单向阀第一端口与内液囊连通，第二液控单向阀第一端口与外液囊之间的管道串联有第一霍尔流量计和第二霍尔流量计，所述第一霍尔流量计和第二霍尔流量计反向设置，第一液控单向阀第二端口与第二液控单向阀第二端口之间串联所述双向泵；
所述第一霍尔流量计的信号输出端和第二霍尔流量计的信号输出端分别与所述选择开关的第一输入端和第二输入端连接，所述控制信号端和选择开关的输出端分别与所述比较器的第一输入端和第二输入端连接，所述PID控制器的输入端和输出端分别与所述比较器的输出端和电机控制端连接，所述选择开关的控制端与所述比较器的输出端或PID控制器的输出端连接；
所述选择开关的控制端用于，根据比较器的输出端或PID控制器的输出端的信号控制选择开关的第一输入端或第二输入端与输出端连接。
2.如权利要求1所述的水下设备浮力调节系统，其特征是：其是水下滑翔机器人浮力调节系统。
3.如权利要求1所述的水下设备浮力调节系统，其特征是：所述双向泵是双向齿轮泵。
4.如权利要求1所述的水下设备浮力调节系统，其特征是：所述第一霍尔流量计包括第一霍尔流速计和第一积分运算器，所述第一积分运算器的输入端和输出端分别与第一霍尔流量计的信号输出端和选择开关的第一输入端连接；所述第二霍尔流量计包括第二霍尔流速计和第二积分运算器，所述第二积分运算器的输入端和输出端分别与第二霍尔流量计的信号输出端和选择开关的第二输入端连接。
5.如权利要求1所述的水下设备浮力调节系统，其特征是：所述内液囊和外液囊用于存储液压油。
6.一种水下设备浮力调节方法，其特征是，采用如权利要求1至5任一所述的水下设备浮力调节系统，所述方法包括排液步骤和进液步骤：
所述排液步骤包括：
所述控制信号端接收处理器发送的排液体积值；
所述选择开关的控制端根据比较器的输出端的信号，控制选择开关的第一输入端与输出端连接；
所述PID控制器控制电机正向转动，使内液囊的液体依次经过第一液控单向阀、双向泵和第二液控单向阀进入外液囊，直至比较器输出端的输出值为零，所述PID控制电机停止正向转动；
所述进液步骤包括：
所述控制信号端接收处理器发送的排液体积值；
所述选择开关的控制端根据比较器的输出端的信号，控制选择开关的第二输入端与输出端连接；
所述PID控制器控制电机反向转动，使外液囊的液体依次经过第二液控单向阀、双向泵和第一液控单向阀进入内液囊，直至比较器输出端的输出值为零，所述PID控制电机停止反向转动。
7.如权利要求6所述的水下设备浮力调节方法，其特征是，所述的水下设备浮力调节系统是水下滑翔机器人浮力调节系统。
8.如权利要求6所述的水下设备浮力调节方法，其特征是：所述双向泵是双向齿轮泵。
9.如权利要求6所述的水下设备浮力调节方法，其特征是：所述第一霍尔流量计包括第一霍尔流速计和第一积分运算器，所述第一积分运算器的输入端和输出端分别与第一霍尔流量计的信号输出端和选择开关的第一输入端连接；所述第二霍尔流量计包括第二霍尔流速计和第二积分运算器，所述第二积分运算器的输入端和输出端分别与第二霍尔流量计的信号输出端和选择开关的第二输入端连接。
CN201310474404.XA 2013-10-11 2013-10-11 一种水下设备浮力调节系统及方法 Active CN103496443B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310474404.XA CN103496443B (zh) 2013-10-11 2013-10-11 一种水下设备浮力调节系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310474404.XA CN103496443B (zh) 2013-10-11 2013-10-11 一种水下设备浮力调节系统及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103496443A true CN103496443A (zh) 2014-01-08
CN103496443B CN103496443B (zh) 2016-01-20

Family

ID=49861740

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310474404.XA Active CN103496443B (zh) 2013-10-11 2013-10-11 一种水下设备浮力调节系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103496443B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105197212A (zh) * 2015-10-16 2015-12-30 上海海洋大学 潜水器浮力调节系统
CN106143847A (zh) * 2016-07-29 2016-11-23 中国海洋大学 一种油液压浮力调节装置及方法
CN106218841A (zh) * 2016-07-29 2016-12-14 中国海洋大学 一种水液压浮力调节装置及方法
CN106477011A (zh) * 2016-12-09 2017-03-08 中国海洋大学 一种潜水器用浮力调节及压力补偿系统和方法
CN108454810A (zh) * 2018-02-08 2018-08-28 中国船舶重工集团公司第七〇九研究所 一种适用于深海高压环境的大排量浮力调节系统
CN112849376A (zh) * 2021-03-30 2021-05-28 北京机电工程研究所 浮力调节装置及具有其的潜水设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1974319A (zh) * 2006-12-21 2007-06-06 天津大学 复合能源的水下滑翔器及其驱动方法
US20110094433A1 (en) * 2008-06-20 2011-04-28 Kitakyushu Found for the Adv of Ind, Sci & Tech Underwater posture stabilization system and diving apparatus equipped with the same
EP2423102A1 (de) * 2010-08-31 2012-02-29 ATLAS Elektronik GmbH Unbemanntes Unterwasserfahrzeug und Verfahren zum Betrieb eines unbemannten Unterwasserfahrzeugs
CN202175183U (zh) * 2011-05-13 2012-03-28 浙江大学 一种水下滑翔机浮力调节装置
CN102501955A (zh) * 2011-08-24 2012-06-20 天津大学 深海水下滑翔机浮力驱动装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1974319A (zh) * 2006-12-21 2007-06-06 天津大学 复合能源的水下滑翔器及其驱动方法
US20110094433A1 (en) * 2008-06-20 2011-04-28 Kitakyushu Found for the Adv of Ind, Sci & Tech Underwater posture stabilization system and diving apparatus equipped with the same
EP2423102A1 (de) * 2010-08-31 2012-02-29 ATLAS Elektronik GmbH Unbemanntes Unterwasserfahrzeug und Verfahren zum Betrieb eines unbemannten Unterwasserfahrzeugs
CN202175183U (zh) * 2011-05-13 2012-03-28 浙江大学 一种水下滑翔机浮力调节装置
CN102501955A (zh) * 2011-08-24 2012-06-20 天津大学 深海水下滑翔机浮力驱动装置

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105197212A (zh) * 2015-10-16 2015-12-30 上海海洋大学 潜水器浮力调节系统
CN106143847A (zh) * 2016-07-29 2016-11-23 中国海洋大学 一种油液压浮力调节装置及方法
CN106218841A (zh) * 2016-07-29 2016-12-14 中国海洋大学 一种水液压浮力调节装置及方法
CN106218841B (zh) * 2016-07-29 2018-01-30 中国海洋大学 一种水液压浮力调节装置及方法
CN106143847B (zh) * 2016-07-29 2018-01-30 中国海洋大学 一种油液压浮力调节装置及方法
CN106477011A (zh) * 2016-12-09 2017-03-08 中国海洋大学 一种潜水器用浮力调节及压力补偿系统和方法
CN106477011B (zh) * 2016-12-09 2018-05-18 中国海洋大学 一种潜水器用浮力调节及压力补偿系统和方法
CN108454810A (zh) * 2018-02-08 2018-08-28 中国船舶重工集团公司第七〇九研究所 一种适用于深海高压环境的大排量浮力调节系统
CN112849376A (zh) * 2021-03-30 2021-05-28 北京机电工程研究所 浮力调节装置及具有其的潜水设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN103496443B (zh) 2016-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103496443B (zh) 一种水下设备浮力调节系统及方法
CN106516057B (zh) 一种用于调节全海深潜水器浮力的液压系统
CN106005324B (zh) 一种气压检测高精度储压式浮力调节装置
CN109436208B (zh) 一种海洋剖面浮标及其控制方法
WO2017066906A1 (zh) 水下机器人自排油式浮力调节装置
CN102079375B (zh) 一种水下机器人用双向排油式浮力调节装置
CN205059972U (zh) 一种可精确控制的水下滑翔机浮力调节机构
CN102248992B (zh) 一种水下滑翔机浮力调节装置
CN102975835B (zh) 海水活塞调节式滑翔式潜水器
CN104691726B (zh) 一种水下机器人浮力调节装置
CN105644743A (zh) 一种三体构型的长期定点观测型水下机器人
CN104670444A (zh) 一种用于自治水下航行器的单向浮力调节装置
CN103171750A (zh) 一种水下自航行器的方向调节装置及其控制方法
CN108454809B (zh) 一种双泵式自动浮力与姿态调节装置
CN101870351A (zh) 深海油囊式浮力调节装置
CN105173040A (zh) 水下机器人自排油式浮力调节装置
CN106121625B (zh) 抽油机专用气、油、水三相流流量计及流量计算方法
CN107878716B (zh) 一种基于海水泵的浮力调节装置
CN106628078A (zh) 用于深海水下滑翔机的浮力调节装置
CN109591988A (zh) 一种基于海洋环境参数调节的浮力驱动装置
CN202966633U (zh) 一种自调节式变浮力水下平台
CN108791783A (zh) 水下遥控潜航器
CN102975832B (zh) 一种自调节式变浮力水下平台
CN112498634A (zh) 一种1500米级混合驱动型水下滑翔机
CN106828844A (zh) 一种浮力调节设备

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant