CN108116631A - 一种浮力调节装置的浮力自调整控制方法 - Google Patents

一种浮力调节装置的浮力自调整控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种浮力调节装置的浮力自调整控制方法，上级控制器发出控制指令给浮力调节装置，设定浮力调节装置的工作模式；如果设定为浮力自调整模式，则浮力调节装置根据浮力自调整方法进行浮力调整；如果设定为受控模式，则浮力调节装置根据受控调整方法完成浮力调整；浮力调节装置将状态反馈给上级控制器。本发明使浮力调节系统更加智能化，能够减轻带有浮力调节装置的AUV的上级控制器(如自动驾驶仪)的负担；应用范围广，可以应用于各种类型的浮力调节装置中。

Description

一种浮力调节装置的浮力自调整控制方法
技术领域
本发明涉及浮力调节装置控制领域，具体地说是一种浮力调节装置的浮力自调整控制方法。
背景技术
随着陆地上不可再生资源的日益减少，人们对海洋资源的重视和开发逐渐加快，AUV作为海洋环境和资源调查检测的重要手段越来越受到各国的重视。大航程AUV由于航程大、跨越海域较广，其航行海域海水密度变化使得航行器的浮力产生变化，虽然可以依靠操纵尾舵或螺旋桨推动来克服这个浮力变化，但这种方法既增加能耗，又减小AUV的有效控制范围，于是研制了浮力调节装置来解决上述问题。
目前大多数中小型AUV采用的浮力调节装置都属于可变体积式浮力调节装置，其原理是通过改变自身的体积来改变浮力的大小，一般采用可变形油囊、活塞或者气囊来实现。此类浮力调节装置因为其较高的安全性和可操作性，浮力控制精度高等优点，广泛应用于各类AUV中。现有的浮力调节装置的控制系统一般都属于受控类，也就是只能接收上级控制器的控制指令，按照控制指令完成对浮力调节装置的控制，完成改变浮力的任务。但是此类控制系统不具备自主决策能力，有智能化程度低、增加上级控制器负担等缺点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种浮力调节装置的浮力自调整控制方法。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种浮力调节装置的浮力自调整控制方法，包括以下步骤：
步骤1：上级控制器发出控制指令给浮力调节装置，判断浮力调节装置当前处于的模式类型；
步骤2：如果当前浮力调节装置处于浮力自调整模式，则根据浮力自调整方法进行浮力调整；
步骤3：如果当前浮力调节装置处于受控模式，则根据受控调整方法完成浮力调整；
步骤4：浮力调节装置将状态反馈给上级控制器。
所述浮力自调整方法为：
步骤1：接收CTD发送的海水密度信息，并根据海水密度信息变化量计算需吸/排水量；
步骤2：根据缸体的直径计算活塞需移动值，得到位移传感器的目标位置值；
步骤3：浮力调节装置根据得到的位移传感器的目标位置值驱动电机和三位四通阀进行相应动作，使活塞相应移动，完成吸/排水动作。
所述需吸/排水量为：
V＝K×(ρn+1-ρ)
其中，V为需吸/排水量；K为密度差水量补偿系数，其值为AUV当前排水量；ρn+1为CTD采集的当前海水密度值；ρ为CTD采集的前一刻海水密度值。
所述位移传感器的目标位置值为：
其中，V为需吸/排水量，D为缸体直径，Δx为活塞需移动值。
所述受控调整方法为：
上级控制器发送位移传感器的目标位置值，浮力调节装置根据位移传感器的目标位置值以及当前位置值得到电机的转向和三位四通阀们的开关动作，实现活塞动作，使位移传感器实际值与目标值相等，从而关闭三位四通阀和电机，完成吸/排水动作。
所述浮力调节装置为活塞式浮力调节装置，通过电机驱动活塞泵吸排海水的方式进行浮力调节，通过三位四通阀控制活塞的左右移动，通过位置传感器作为浮力调节反馈量，通过CTD采集海水密度信息。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明通过浮力自调整方法可以根据海水密度变化计算吸/排水量，从而使浮力调节装置可以自主进行吸/排水动作；
2.本发明通过受控调整方法可以根据上级控制器的控制指令执行吸/排水动作；
2.本发明使浮力调节系统更加智能化，能够减轻带有浮力调节装置的AUV的上级控制器(如自动驾驶仪)的负担；
3.本发明应用范围广，可以应用于各种类型的浮力调节装置中。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
浮力调节装置使用电机驱动活塞泵吸排海水的方式进行浮力调节，利用三位四通阀控制活塞的左右移动，使用高精度位置传感器作为浮力调节反馈量，使用CTD采集海水密度信息，以便进行浮力自调整算法计算。
如图1所示为本发明的方法流程图。
上级控制器发送控制指令决定浮力调节控制器采用哪种工作模式。
工作模式包括：浮力自调整模式和受控模式。
浮力自调整模式为：浮力调节装置可以根据海水密度变化等信息自主计算得到需吸/排水值，从而完成吸/排水动作的工作模式；
受控模式为：浮力调节装置接受上级控制器发送的吸/排水指令来完成吸/排水动作的工作模式。
如采用受控模式，浮力调节装置接收上级控制器发送的吸/排海水指令，该指令具体表现形式为控制浮力调节装置的活塞移动到某位置，即发送位移传感器目标位置值；
浮力调节装置根据上级控制器发送的位移传感器目标位置值以及实时采集的位移传感器当前值决定自身电机的转向以及三位四通阀门的开关动作，从而实现活塞的动作，最终位移传感器实际值与目标值相等，之后电机停转、三位四通阀关闭，即完成一次吸/排海水动作。
如采用浮力自调整模式，浮力调节控制器接收CTD发送的海水密度信息，根据海水密度信息变化值计算需吸/排水量，计算公式如下：
V＝K×(ρn+1-ρ) (公式1)
式中，V为需吸/排水量，K为密度差水量补偿系数，其值为AUV当前排水量；ρn+1与ρ分别为CTD采集的当前海水密度值与前一刻海水密度值。
已知需吸/排水量的情况下，可以根据缸体的直径计算活塞需移动值，从而得到位移传感器目标位置值。其计算公式如下：
由缸体体积计算公式
得到：
式中，V为需吸/排水量，D为缸体直径值，Δx为活塞需移动值。
浮力调节装置根据计算得到的活塞需移动位置值驱动电机及三位四通阀做相应的动作，从而实现活塞移动到该目标值的目的，即完成一次吸/排水动作。
最后，浮力调节控制器将目前浮力调节装置各状态反馈给上位机，等待上位机发送下一次控制指令。

Claims (6)

1.一种浮力调节装置的浮力自调整控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：上级控制器发出控制指令给浮力调节装置，设定浮力调节装置的工作模式；
步骤2：如果设定为浮力自调整模式，则浮力调节装置根据浮力自调整方法进行浮力调整；
步骤3：如果设定为受控模式，则浮力调节装置根据受控调整方法完成浮力调整；
步骤4：浮力调节装置将状态反馈给上级控制器。
2.根据权利要求1所述的浮力调节装置的浮力自调整控制方法，其特征在于，所述浮力自调整方法为：
步骤1：接收CTD发送的海水密度信息，并根据海水密度信息变化量计算需吸/排水量；
步骤2：根据缸体的直径计算活塞需移动值，得到位移传感器的目标位置值；
步骤3：浮力调节装置根据得到的位移传感器的目标位置值驱动电机和三位四通阀进行相应动作，使活塞相应移动，完成吸/排水动作。
3.根据权利要求2所述的浮力调节装置的浮力自调整控制方法，其特征在于，所述需吸/排水量为：
V＝K×(ρn+1-ρ)
其中，V为需吸/排水量；K为密度差水量补偿系数，其值为AUV当前排水量；ρn+1为CTD采集的当前海水密度值；ρ为CTD采集的前一刻海水密度值。
4.根据权利要求2所述的浮力调节装置的浮力自调整控制方法，其特征在于，所述位移传感器的目标位置值为：
<mrow> <msub> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>x</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>4</mn> <mi>V</mi> </mrow> <mrow> <msup> <mi>&amp;pi;D</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中，V为需吸/排水量，D为缸体直径，Δx为活塞需移动值。
5.根据权利要求1所述的浮力调节装置的浮力自调整控制方法，其特征在于，所述受控调整方法为：
上级控制器发送位移传感器的目标位置值，浮力调节装置根据位移传感器的目标位置值以及当前位置值得到电机的转向和三位四通阀们的开关动作，实现活塞动作，使位移传感器实际值与目标值相等，从而关闭三位四通阀和电机，完成吸/排水动作。
6.根据权利要求1、2、5任一项所述的浮力调节装置的浮力自调整控制方法，其特征在于，所述浮力调节装置为活塞式浮力调节装置，通过电机驱动活塞泵吸排海水的方式进行浮力调节，通过三位四通阀控制活塞的左右移动，通过位置传感器作为浮力调节反馈量，通过CTD采集海水密度信息。
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