CN107140169A - 一种模块化的无人船智能动力控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人船技术领域，提供了一种模块化的无人船智能动力控制系统。所述方法包括：控制单元在与驱动单元和动力单元建立数据链路连接之后，获取所述驱动单元和动力单元各自的参数信息；控制单元分析获得的驱动单元参数信息和动力单元参数信息，根据分析结果更新自身的操作系统。本发明实施例提供了一种智能动力控制系统的组建模式，改进了现有技术中针对特定船体而言固定的，且为一体形式的动力控制系统，提出了一种由控制单元、驱动单元和动力单元三部分动态组建形成的智能动力控制系统，改变了固有的设计模式和加工制造模式，使得动力控制系统的组件能够实现动态组合，智能化控制的效果。

Description

一种模块化的无人船智能动力控制系统

【技术领域】

本发明涉及无人船技术领域，特别是涉及一种模块化的无人船智能动力控制系统。

【背景技术】

随着智能设备的不断发展，无人化成为今后制造装备的一个发展趋势。无人船作为一个快速发展的行业，其在水质监测、抢险救援、海洋勘测、边防巡逻等方面能发挥很大作用。对于无人船系统来说，动力系统的控制是一个很重要的部分。对于动力系统来说，主要由主机、传动装置和推进装置组成，由此存在多种组合形式，不同的组合形式对于动力系统的要求不尽相同，因此有必要设计一种通用的无人船动力系统，能兼容大部分动力形式，满足不同的动力需求。

【发明内容】

本发明实施例要解决的技术问题是现有的无人船动力系统模式单一，每一次调整或者更改都需要从软件侧、主机、传动装置和推进装置做系统的调整，调整周期长、效率低。

本发明实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种模块化的无人船智能动力控制系统，包括控制单元、驱动单元和动力单元，具体的：

所述控制单元连接所述驱动单元和动力单元，用于获取所述驱动单元和动力单元中传感器反馈的采集内容，以及给所述驱动单元和动力单元传递控制指令；还用于获取所连接的驱动单元和动力单元各自的组合形式，并根据相应的组合形式更新自身的控制系统；

所述驱动单元连接所述动力单元，用于为动力单元提供机械动力；驱动单元由驱动处理器、驱动电机、驱动臂和第一传感器组构成；其中，所述驱动处理器、驱动电机和驱动臂之间存在一种或者多种组合形式；

所述动力单元包括一种或者多种组合形式，每一种组合形式由相应的动力处理器、主机、传动装置、推进装置和第二传感器组构成。

可选的，所述控制单元中存储有一组或者多组驱动单元的参数信息，以及一组或者多组动力单元的参数信息，则所述控制单元，

还用于获取当前连接的驱动单元和动力单元各自的参数信息，并将获取到的参数信息和自身存储的进行匹配；

所述控制单元根据匹配结果更新与当前动力控制系统对应的操作系统。

可选的，所述驱动处理器中存储有构成当前驱动单元组成要件的相关参数信息，用于在驱动处理器获取到控制单元的查询请求后反馈；或者，在驱动单元供电启动后，由驱动处理器主动向控制单元上报自身存储的参数信息；

所述动力处理器中存储有构成当前动力单元组成要件的相关参数信息，用于在动力处理器获取到控制单元的查询请求后反馈；或者，在动力单元供电启动后，由动力处理器所主动向控制单元上报自身存储的参数信息。

可选的，所述控制单元采用硬件底板和快拆接口分离方式实现。

可选的，所述动力单元中主机、传动装置、推进装置的组合形式中：

主机为柴油发动机、汽油发动机和电动机中的一种或者多种；

传动装置为：一种或者多种不同型号的齿轮箱；

所述推进装置为：喷泵、螺旋桨中至少一种。

可选的，所述驱动电机和驱动臂具体为：

集成式的电动缸；或者，液压泵和液压缸的组合模式。

第二方面，本发明实施例还提供了一种模块化的无人船智能动力控制方法，所述方法包括：

控制单元在与驱动单元和动力单元建立数据链路连接之后，获取所述驱动单元和动力单元各自的参数信息；

控制单元分析获得的驱动单元参数信息和动力单元参数信息，根据分析结果更新自身的操作系统。

可选的，所述驱动单元包括驱动处理器和第一传感器组；所述动力单元包括动力处理器和第二传感器组，则所述方法还包括：

所述控制单元向所述驱动处理器和动力处理发送控制指令；

所述驱动处理器在接收到控制指令后，控制驱动单元内部的驱动电机和驱动臂完成相应指令内容，并接收第一传感器组反馈的第一监测数据；

所述动力处理器在接收到控制指令后，控制动力单元内部的主机、传动装置、推进装置完成相应指令内容，并接收第二传感器组反馈的第二监测数据；

所述控制单元在获取到所述第一监测数据和第二监测数据后，与已发送的控制指令建立映射关系；

所述控制单元根据多组映射关系，确定当前操作系统与当前由控制单元、驱动单元和动力单元建立的动力控制系统之间的匹配度。

可选的，所述方法还包括：

若确定出的匹配度低于预设阈值，则根据所述映射关系建立欠匹配结果，所述欠匹配结果用于后续设计相应的操作系统。

可选的，所述根据分析结果更新自身的操作系统，具体包括：

不同的操作系统对应不同的驱动单元类型和动力单元类型的组合，其中，动力单元由主机、传动装置、推进装置和第一组传感器构成，其组合形式中：

主机为柴油发动机、汽油发动机和电动机中的一种或者多种；

传动装置为：一种或者多种不同型号的齿轮箱；

所述推进装置为：喷泵、螺旋桨中至少一种；

动力处理器、主机、传动装置、推进装置和第二传感器组构成，其组合形式中，驱动电机和驱动臂具体为：

集成式的电动缸；或者，液压泵和液压缸的组合模式。

在本发明实施例提供了一种智能动力控制系统的组建模式，改进了现有技术中针对特定船体而言固定的，且为一体形式的动力控制系统，提出了一种由控制单元、驱动单元和动力单元三部分动态组建形成的智能动力控制系统，改变了固有的设计模式和加工制造模式，使得动力控制系统的组件能够实现动态组合，智能化控制的效果。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种模块化的无人船智能动力控制系统架构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种控制器连接结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种模块化的无人船智能动力控制系统架构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种模块化的无人船智能动力控制方法流程示意图；

图5是本发明实施例提供的一种基于执行过程的控制系统改进方法流程示意图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1:

本发明实施例1提供了一种模块化的无人船智能动力控制系统，如图1所示，包括控制单元、驱动单元和动力单元，具体的：

所述控制单元连接所述驱动单元和动力单元，用于获取所述驱动单元和动力单元中传感器反馈的采集内容，以及给所述驱动单元和动力单元传递控制指令；还用于获取所连接的驱动单元和动力单元各自的组合形式，并根据相应的组合形式更新自身的控制系统；

其中，更新的控制系统可以是通过网络连接服务器进行下载后安装完成；也可以是通过存储介质下载安装完成；还可以通过编译端口，以特定的编译下载器完成所述控制系统的更新。

所述驱动单元连接所述动力单元，用于为动力单元提供驱动力；驱动单元由驱动处理器、驱动电机、驱动臂和第一传感器组构成；其中，所述驱动处理器、驱动电机和驱动臂之间存在一种或者多种组合形式；

其中，驱动力包括动力单元位置、角度、输出马力等因素。例如：所述动力单元中包含船舵时，则相应的驱动力具体包括对于所述船舵的旋转角度的供力部分；所述动力单元中包含喷泵时，则相应的驱动力具体包括对所述喷泵输出功率的控制、输出角度(方向)上的控制。

所述动力单元包括一种或者多种组合形式，每一种组合形式由相应的动力处理器、主机、传动装置、推进装置和第二传感器组构成。

其中，第一传感器组件和第二传感器组件各自可以是由转速传感器、温度传感器、角度传感器、力矩传感器和加速度传感器中的一种或者多种构成。其中，所述第一传感器组件用于监测驱动电机和驱动臂的相关运动状态；所述第二传感器组件用于监测主机、传动装置和推进装置的相关运动状态。

在本发明实施例提供了一种智能动力控制系统的组建模式，改进了现有技术中针对特定船体而言固定的，且为一体形式的动力控制系统模式，提出了一种由控制单元、驱动单元和动力单元三部分动态组建形成的智能动力控制系统，改变了固有的设计模式和加工制造模式，使得动力控制系统的组件能够实现动态组合，智能化控制的效果。

在本发明实施例中，所述驱动处理器和动力处理器通常采用集成芯片，例如8086微处理器、MSP430G2XXX微处理器、由Intel或者AMD推出的微处理器芯片等等。其作用主要是针对驱动单元和动力单元提供了一种组合形式相关参数信息存储的区域，能够在完成系统数据链路建立之后，向所述控制单元反馈相应驱动单元或者动力单元的参数信息，使得控制单元能够依据所述参数信息更新与之匹配的操作系统。

其中，控制单元获取驱动单元相应参数信息的具体方式，可以是驱动处理器在获取到控制单元的查询请求后反馈；或者，在驱动单元供电启动后，由驱动处理器主动向控制单元上报自身存储的参数信息。对于控制单元获取动力单元相应参数信息的具体方式可以参考上述方式，在此不一一赘述。

在本发明实施例中，对于所述根据相应的组合形式更新自身的控制系统，提供了一种具体实现方式，具体阐述如下：

所述控制单元中存储有一组或者多组驱动单元的参数信息，以及一组或者多组动力单元的参数信息，则所述控制单元，还用于获取当前连接的驱动单元和动力单元各自的参数信息，并将获取到的参数信息和自身存储的进行匹配；

所述控制单元根据匹配结果更新与当前动力控制系统对应的操作系统。

其中，所述操作系统涉及各驱动单元和运动单元中设备的可调区间范围设定；还包括对于某一目的操作，相应的驱动单元和运动单元中各组成部件执行顺序，以及执行指标等设定；以及各传感器反馈数据所对应的报警状态标定等等。

在本发明实施例中，所述动力单元中主机、传动装置、推进装置的组合形式中：

主机为柴油发动机、汽油发动机和电动机中的一种或者多种；传动装置为：一种或者多种不同型号的齿轮箱；所述推进装置为：喷泵、螺旋桨中至少一种。例如：所述动力单元可以是“柴油发动机+齿轮箱+喷泵”，也可以是“柴油发动机+喷泵”，还可以是“柴油发动机+齿轮箱+螺旋桨”。其中，动力单元的表现形式可以是吊舱式推进器、舷外机、舷内外机等。

在本发明实施例中，所述驱动电机和驱动臂具体为：集成式的电动缸；或者，液压泵和液压缸的组合模式。驱动单元的主要的作用是完成对动力单元中，机械拉线的控制，其接收来自控制单元的指令，将其转换成电动缸或液压缸的机械运动，实现对动力单元中机械油门、或机械档位、或机械齿轮箱等的控制。

在本发明实施例中，所述控制单元还存在一种优选的实现方式，即所述控制单元采用硬件底板和快拆接口分离方式实现。具体的，控制单元的硬件底板和快拆接口上分别有快拆连接器，快拆接口同样为印制电路板的形式，上面焊接有航空插头。其中硬件底板上的连接器每个管脚对外的信号类型是固定的，针对特定的动力形式，通过更改快拆接口上硬件电路的布线形式，可方便的满足不同动力形式的控制需求。如图2所示，控制单元采用硬件底板和快拆接口分离的形式，避免了人工焊线过程中接线错误、虚焊等风险；控制单元采用硬件底板和快拆接口分离的形式，省去了人工焊接的过程，提高了效率，缩短了时间；控制单元采用硬件底板和快拆接口分离的形式，当快拆接口故障时，方便维护；控制单元采用硬件底板和快拆接口分离的形式，在不改变硬件底板资源的情况下，通过更换不同的快拆接口，可非常方便的改变快拆接口上各个航插的型号类型。

在本发明实施例中，采用控制单元和驱动单元分离的形式，可根据动力单元的具体形式和个数，灵活配置驱动单元的个数，而无需增加控制单元的个数，如图3所示；采用控制单元和驱动单元分离的形式，当有驱动单元故障时，方便维护，而无需对控制单元进行替换；采用控制单元和驱动单元分离的形式，将控制单元和动力单元分离开来，实现了动力单元的形式改变时，控制单元无需在硬件上做修改，只需修改软件即可满足对新的动力单元的控制需求；采用控制单元和驱动单元分离的形式，可将驱动单元在靠近动力单元的附近安装，降低了动力系统的安装难度；采用控制单元和驱动单元分离的形式，实现了单一设备的故障方便维护，提高了系统的可靠性；采用控制单元和驱动单元分离的形式，当动力单元的个数超过系统控制能力时，额外增加一个控制单元即可满足要求。

实施例2:

本发明实施例还提供了一种模块化的无人船智能动力控制方法，本实施例方法同样适用于实施例1所述的一种模块化的无人船智能动力控制系统，如图4所示，所述方法包括以下执行步骤：

在步骤201中，控制单元在与驱动单元和动力单元建立数据链路连接之后，获取所述驱动单元和动力单元各自的参数信息。

其中，控制单元中存储有一组或者多组驱动单元的参数信息，以及一组或者多组动力单元的参数信息。

在步骤202中，控制单元分析获得的驱动单元参数信息和动力单元参数信息，根据分析结果更新自身的操作系统。

其中，更新的控制系统可以是通过网络连接服务器进行下载后安装完成；也可以是通过存储介质下载安装完成；还可以通过编译端口，以特定的编译下载器完成所述控制系统的更新。

本发明实施例将动力控制系统拆分成了控制单元、驱动单元和动力单元三部分，并且在动态组建形成的智能动力控制系统中，通过控制单元获取其它单元的参数信息方式更新自身的操作系统，以便能够适用整个控制系统。改变了固有的设计模式和加工制造模式，使得动力控制系统的组件能够实现动态组合，智能化控制的效果。

在本发明实施例中，存在一种可选的实现方案，具体的：所述驱动单元连接所述动力单元，用于为动力单元提供驱动力；驱动单元由驱动处理器、驱动电机、驱动臂和第一传感器组构成；其中，所述驱动处理器、驱动电机和驱动臂之间存在一种或者多种组合形式；

其中，驱动力包括动力单元位置、角度、输出马力等因素。例如：所述动力单元中包含船舵时，则相应的驱动力具体包括对于所述船舵的旋转角度的供力部分；所述动力单元中包含喷泵时，则相应的驱动力具体包括对所述喷泵输出功率的控制、输出角度(方向)上的控制。

在本发明实施例中，控制单元除了可以在各驱动单元和动力单元启动的时候进行控制系统更新以外，为了进一步提高无人船智能动力控制系统运行的稳定性和对于新推出的驱动单元或者动力单元的兼容性，还提出了一种基于上述第一传感器组和第二传感器组反馈数据进行控制系统更新的改进方案。具体的，所述驱动单元包括驱动处理器和第一传感器组；所述动力单元包括动力处理器和第二传感器组，如图5所示，所述方法还包括：

在步骤301中，所述控制单元向所述驱动处理器和动力处理发送控制指令。

在本发明实施例中，所述驱动处理器和动力处理器通常采用集成芯片，例如8086微处理器、MSP430G2XXX微处理器、由Intel或者AMD推出的微处理器芯片等等。其作用主要是针对驱动单元和动力单元提供了一种组合形式相关参数信息存储的区域，能够在完成系统数据链路建立之后，向所述控制单元反馈相应驱动单元或者动力单元的参数信息，使得控制单元能够依据所述参数信息更新与之匹配的操作系统。

在步骤302中，所述驱动处理器在接收到控制指令后，控制驱动单元内部的驱动电机和驱动臂完成相应指令内容，并接收第一传感器组反馈的第一监测数据。

在步骤303中，所述动力处理器在接收到控制指令后，控制动力单元内部的主机、传动装置、推进装置完成相应指令内容，并接收第二传感器组反馈的第二监测数据。

其中，第一传感器组件和第二传感器组件各自可以是由转速传感器、温度传感器、角度传感器、力矩传感器和加速度传感器中的一种或者多种构成。其中，所述第一传感器组件用于监测驱动电机和驱动臂的相关运动状态；所述第二传感器组件用于监测主机、传动装置和推进装置的相关运动状态。

在步骤304中，所述控制单元在获取到所述第一监测数据和第二监测数据后，与已发送的控制指令建立映射关系。

其中，所述已发送的控制指令是对应产生所述第一检测数据和第二检测数据的对应控制指令。所述映射关系包括对应各类型传感器监测值，相应类型控制参数值，例如：用于监测螺旋桨转速的传感器所反馈的数据，便会与控制指令中对应无人船航行速度的指令建立映射关系。

在步骤305中，所述控制单元根据多组映射关系，确定当前操作系统与当前由控制单元、驱动单元和动力单元建立的动力控制系统之间的匹配度。

这里的匹配度由多个类型的控制参数，以及与之对应类型的传感器监测数据计算得到，通常可根据设定控制指令中最大控制参数与相应传感器监测到对应组件的实际参数相比较理论最大可输出值之间的差距，其对应关系是差距越大匹配度越低。

相比较本发明实施例中提出的步骤201-步骤202的方案，本发明实施例进一步完善了控制系统匹配机制，提出了一种基于应用过程中的控制系统适配度反馈机制，使得能够在减少研发投入的基础上，能够基于已经开发的一套或者多套控制系统，衍生出可适用于更多、更复杂的动力控制系统的版本。

在执行完上述步骤305之后，本发明实施例中还提供了一种可行的实现方案，具体阐述如下：

若确定出的匹配度低于预设阈值，则根据所述映射关系建立欠匹配结果，所述欠匹配结果用于后续设计相应的操作系统。

在本发明实施例中，不同的操作系统对应不同的驱动单元类型和动力单元类型的组合，其中，动力单元由主机、传动装置、推进装置和第一组传感器构成，其组合形式中：

主机为柴油发动机、汽油发动机和电动机中的一种或者多种；传动装置为：一种或者多种不同型号的齿轮箱；所述推进装置为：喷泵、螺旋桨中至少一种；

动力处理器、主机、传动装置、推进装置和第二传感器组构成，其组合形式中，驱动电机和驱动臂具体为：集成式的电动缸；或者，液压泵和液压缸的组合模式。

值得说明的是，上述装置和系统内的模块、单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明的处理方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模块化的无人船智能动力控制系统，其特征在于，包括控制单元、驱动单元和动力单元，具体的：

所述控制单元连接所述驱动单元和动力单元，用于获取所述驱动单元和动力单元中传感器反馈的采集内容，以及给所述驱动单元和动力单元传递控制指令；还用于获取所连接的驱动单元和动力单元各自的组合形式，并根据相应的组合形式更新自身的控制系统；

所述驱动单元连接所述动力单元，用于为动力单元提供控制指令；驱动单元由驱动处理器、驱动电机、驱动臂和第一传感器组构成；其中，所述驱动处理器、驱动电机和驱动臂之间存在一种或者多种组合形式；

所述动力单元包括一种或者多种组合形式，每一种组合形式由相应的动力处理器、主机、传动装置、推进装置和第二传感器组构成。

2.根据权利要求1所述的模块化的无人船智能动力控制系统，其特征在于，所述控制单元中存储有一组或者多组驱动单元的参数信息，以及一组或者多组动力单元的参数信息，则所述控制单元，

还用于获取当前连接的驱动单元和动力单元各自的参数信息，并将获取到的参数信息和自身存储的参数进行匹配；

所述控制单元根据匹配结果更新与当前动力控制系统对应的操作系统。

3.根据权利要求1或2所述的模块化的无人船智能动力控制系统，其特征在于，所述驱动处理器中存储有构成当前驱动单元组成要件的相关参数信息，用于在驱动处理器获取到控制单元的查询请求后反馈；或者，在驱动单元供电启动后，由驱动处理器主动向控制单元上报自身存储的参数信息；

所述动力处理器中存储有构成当前动力单元组成要件的相关参数信息，用于在动力处理器获取到控制单元的查询请求后反馈；或者，在动力单元供电启动后，由动力处理器所主动向控制单元上报自身存储的参数信息。

4.根据权利要求1或2所述的模块化的无人船智能动力控制系统，其特征在于，所述控制单元采用硬件底板和快拆接口分离方式实现。

5.根据权利要求1所述的模块化的无人船智能动力控制系统，其特征在于，所述动力单元中主机、传动装置、推进装置的组合形式中：

主机为柴油发动机、汽油发动机和电动机中的一种或者多种；

传动装置为：一种或者多种不同型号的齿轮箱；

所述推进装置为：喷泵、螺旋桨中至少一种。

6.根据权利要求1所述的模块化的无人船智能动力控制系统，其特征在于，所述驱动电机和驱动臂具体为：

集成式的电动缸；或者，液压泵和液压缸的组合模式。

7.一种模块化的无人船智能动力控制方法，其特征在于，所述方法包括：

控制单元在与驱动单元和动力单元建立数据链路连接之后，获取所述驱动单元和动力单元各自的参数信息；

控制单元分析获得的驱动单元参数信息和动力单元参数信息，根据分析结果更新自身的操作系统。

8.根据权利要求7所述的模块化的无人船智能动力控制方法，其特征在于，所述驱动单元包括驱动处理器和第一传感器组；所述动力单元包括动力处理器和第二传感器组，则所述方法还包括：

所述控制单元向所述驱动处理器和动力处理发送控制指令；

所述驱动处理器在接收到控制指令后，控制驱动单元内部的驱动电机和驱动臂完成相应指令内容，并接收第一传感器组反馈的第一监测数据；

所述动力处理器在接收到控制指令后，控制动力单元内部的主机、传动装置、推进装置完成相应指令内容，并接收第二传感器组反馈的第二监测数据；

所述控制单元在获取到所述第一监测数据和第二监测数据后，与已发送的控制指令建立映射关系；

所述控制单元根据多组映射关系，确定当前操作系统与当前由控制单元、驱动单元和动力单元建立的动力控制系统之间的匹配度。

9.根据权利要求8所述的模块化的无人船智能动力控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

若确定出的匹配度低于预设阈值，则根据所述映射关系建立欠匹配结果，所述欠匹配结果用于后续设计相应的操作系统。

10.根据权利要求7所述的模块化的无人船智能动力控制方法，其特征在于，所述根据分析结果更新自身的操作系统，具体包括：

不同的操作系统对应不同的驱动单元类型和动力单元类型的组合，其中，动力单元由主机、传动装置、推进装置和第一组传感器构成，其组合形式中：

主机为柴油发动机、汽油发动机和电动机中的一种或者多种；

传动装置为：一种或者多种不同型号的齿轮箱；

所述推进装置为：喷泵、螺旋桨中至少一种；

动力处理器、主机、传动装置、推进装置和第二传感器组构成，其组合形式中，驱动电机和驱动臂具体为：

集成式的电动缸；或者，液压泵和液压缸的组合模式。