CN108345246A - 一种无人驾驶纯电动船的自适应专用控制器装置 - Google Patents

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CN108345246A CN201810161835.3A CN201810161835A CN108345246A CN 108345246 A CN108345246 A CN 108345246A CN 201810161835 A CN201810161835 A CN 201810161835A CN 108345246 A CN108345246 A CN 108345246A
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陆政德
帅鸿元
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Shanghai Ruihua Group Co Ltd
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
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Abstract

本发明涉及一种无人驾驶纯电动船的自适应专用控制器装置，包括数字控制器、能源系统、数据处理系统和执行控制系统，所述数字控制器分别与能源系统、数据处理系统和执行控制系统相连，所述数据处理系统与获取轨迹航行感知系统和避碰信息处理系统相连；所述执行控制系统与动力推进系统和舵角执行系统相连。本发明能够协调各个部件实现无人驾驶。

Description

一种无人驾驶纯电动船的自适应专用控制器装置
技术领域
本发明涉及电动船控制技术领域，特别是涉及一种无人驾驶纯电动船的自适应专用控制器装置。
背景技术
电动船，由于采用了电力的推进行系统，从电气的控制角度，其推进系统、转向系统的可控性与燃油船相比有很大的提高，因此，从无人驾驶的船舶角度，从纯电动特性的船舶开发应用研究作为突破口，是可取的。
在无人船舶的推进控制、船舶航行控制的角度，主要有二个执行控制输出的方面，第一是航行动力的推进，第二是转向。当推进动力采用纯电动的电量控制方式后，其电机的转速进而船舶的航速控制是相对简捷；从船舶的航行方向控制方面，也采用了电气的控制方式，因此，其微调的特性、转向特性也变得可控性会很强。
在船舶的航行输出控制方面就是二个重点，推进和转向。
纯电动船要实现上述二个重点，将是相对简单，但是这二点仅仅是执行输出，相对简单仅仅针对了输出控制性能。
无人驾驶纯电动船需要考虑如何输出上述二个重点来获得所需的轨迹，并且还需要考虑一旦发现航行轨迹上有碰撞物时如何进行避碰。这些问题的解决需要各设备之间的信息的互相协调、配置的选择问题，以及各个部件系统的协调方式。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种无人驾驶纯电动船的自适应专用控制器装置，能够协调各个部件实现无人驾驶。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种无人驾驶纯电动船的自适应专用控制器装置，包括数字控制器、能源系统、数据处理系统和执行控制系统，所述数字控制器分别与能源系统、数据处理系统和执行控制系统相连，所述数据处理系统与获取轨迹航行感知系统和避碰信息处理系统相连；所述执行控制系统与动力推进系统和舵角执行系统相连。
所述数字控制器还连接有大数据分析采集系统。
所述数字控制器还连接有图像语音传输系统。
所述能源系统配置有BMS电池管理系统。
所述数字控制器采用DSP和FPGA实现。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过数据处理系统获取轨迹航行信息和避碰信息，数字控制器根据轨迹航行信息和避碰信息向执行控制系统发出控制指令，执行控制系统根据收到的控制指令控制动力推进系统和舵角执行系统，从而实现无人驾驶。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种无人驾驶纯电动船的自适应专用控制器装置，如图1所示，包括数字控制器、能源系统、数据处理系统和执行控制系统，所述数字控制器分别与能源系统、数据处理系统和执行控制系统相连，所述数据处理系统与获取轨迹航行感知系统和避碰信息处理系统相连；所述执行控制系统与动力推进系统和舵角执行系统相连。其中，所述数字控制器还连接有大数据分析采集系统和图像语音传输系统。
数字控制器由DSP+FPGA器件构成，以此构成本系统装置的核心要件，本核心部件完成嵌入式内部网络以及与数据总线的联接，本单元与下属各个单元联接的方式有多种，其中有通讯数据的接口网络，或直接联系逻辑控制器的专用通道，或与存储单元联接数据桟传输等。
本数字控制器与所有下属设备的联接中，采集数据，然后进行对比分析，然后给出输出数据，用以提交执行控制系统，去实现数据转换成推进动力或转向力，以修正航程或航线。
作为纯电动船的能源系统，其中含有动力锂电池(或超级电容)，船舶的动力能源取源于这里，在本系统中，做好对其的管控是很有必要的，因为整个航行过程中，所有的信息将与此发生关系。能源系统传递信息的重要媒介是BMS电池管理系统。电池管理系统管控着每一节电池上的能量，并将此能量的变化指导航行驱动的控制与执行。在航行中，系统可以依照能源系统各个时期的能量指标参数，修正驱动系统的动力执行参数，用以获得最优的航行控制效果。
轨迹航行感知系统是在对船舶中航行的过程给出所有感知的信息，如水流、航行轨迹、周边船舶情况，岛礁等等。遇上临时出现的障碍物等等，这时还得根据避碰处理系统给出的避让信息做出调整。值得一提的是，所有轨迹航行感知系统的信息将传递至数据处理系统中进行数据处理，再由其递交数字控制器，由数字控制器给出调节参数。
在船舶航行的过程中，经常会出现移动目标，或在规划航线中所没有的障碍物，轨迹感知系统也会发过来相关的突发信息，此时，本处理系统将做出响应的处理，并通知数据处理系统。所有避碰的处理信息将传递至数据处理系统，再由其递交数字控制器，由数字控制器给出调节参数。
数据处理系统针对轨迹航行感知系统传递的轨迹与航线的相关信息，以及在此航行过程中出现的避碰信息后，将航行轨迹与原来的航线进行对比，确定航行轨迹是否偏离航线，若偏离航线则计算出偏离的距离和角度，并将结果发送给数字控制器。值得一提的是，若检测到避碰信息，则确定避碰障碍物的位置，得到船舶与障碍物之间的距离和角度，并将结果发送给数字控制器。
如果没有避碰障碍物时，数字控制器在收到数据处理系统处理的结果后，根据预先设置的偏离距离和角度与修正量关系表给出对应的修正量。如果存在避碰障碍物时，数字控制器则根据收到的船舶与障碍物之间的距离和角度规划一条新的航线以避开障碍物，同时将新的航线与航行轨迹进行对比，计算出新的航线与航行轨迹之间的偏离距离和角度，再由预先设置的偏离距离和角度与修正量关系表给出对应的修正量。
本实施方式中动力推进系统采用变频驱动推进，具有操控性能强，调节范围宽等功能，因此，航行速度的形成，取决于电动机的转速，取决于发出的推进功率，在执行控制系统给出的推进动力参数的控制下，系统依照其参数产生设定的推进动力。舵角执行系统仅仅依照舵角的控制执行参数调节舵角的偏移量，该偏移量将结合即时航速产生一个舵角修正后的航线偏移或修正量。
执行控制系统接收数字控制器发出的修正量，接着根据修正量为动力推进系统设定修正参数值，然后给出动力推进系统修正后的参数，并将所获得的实际数值反馈给数字控制器。同时，根据修正量为为舵角执行系统设定修正参数值，然后给出舵角执行系统修正后的参数，并将所获得的实际数值反馈给数字控制器。
对于整个航行过程实施大数据采集与分析，针对部份数据可以完成就地解析计算，而大部分的数据，是通过大数据分析采集系统进行采集，并传递到后台进行大运算量的计算分析，以获得航行的优化指标参数，从而进一步的优化无人航行轨迹品质指标。
在整个航行过程中，系统采集所有的图象信息，采用可视光谱或不可视光频进行图象采集，将这些信息进行存储(大部分是存储在后台)，用以后期的航行指标分析；另外部份是语音信息采集和传输，虽然本系统适用于无人船舶，是没有人声的信息，但是，在整个航行途中，难免会遇上各种船舶、其它设备发出的声响、或报警信息，为了采集这些外围的声响，以备后期进行数据分析，这些语音信息将传输至后台，并进行存储。
系统开启、投入航行后，所有的功能被开启，将依照制定的航线实现无人操控的航行。系统开启前，系统首先将接收由外部计算机或网络下载的航行指令，其中包括了航行所需要的所有信息，并开启后台数据通道，用以传递各项指令的发送或接收。后台将接收无人船舶发回的所有航行参数，已经执行情况信息，用以做后台分析。另外，远程通道将时刻接收来自后台的操控修改命令，此命令将作为远程遥控指令并接收。因此，远程遥控命令，已经被涵盖在本系统中。
不难发现，对于无人船航行，首先要定义航线，从A点到B点或C、D点等等，同时在航行中，需要对目标体系的感知，或者对沿途各种障碍物的感知，做出迂回处理，该类的信息提交给数据处理系统，由其将结果传输给数字控制器，数字控制器根据结果得到修正量，并将修正量发送给执行控制系统，执行控制系统做出调节输出的二要素(航速、舵控)。根据调节参数船舶做出了航行响应，此时，轨迹航行感知系统又将获得一组新的数据，假如其中出现了避碰相关的信息，也同样得到处理，这些信息同样又周而复始地循环，直到最终完成所设置的航程。
由于系统的航行过程中，会遇上各种各样的不测要素，在整个航行中，航速、舵角一直在做大量的修正、纠偏，各种算法与结果所出现的频度是有不同的，因此，也会出现优劣之分，大数据分析与采集系统将对这些批次的数据进行大量的饱和性采集，提交数据库或后台进行分析计算，用以修正船舶的调节算法因子，通过这样的反复，最终将控制算法不断逼近更优的控制点。

Claims (5)

1.一种无人驾驶纯电动船的自适应专用控制器装置，包括数字控制器、能源系统、数据处理系统和执行控制系统，其特征在于，所述数字控制器分别与能源系统、数据处理系统和执行控制系统相连，所述数据处理系统与获取轨迹航行感知系统和避碰信息处理系统相连；所述执行控制系统与动力推进系统和舵角执行系统相连。
2.根据权利要求1所述的无人驾驶纯电动船的自适应专用控制器装置，其特征在于，所述数字控制器还连接有大数据分析采集系统。
3.根据权利要求1所述的无人驾驶纯电动船的自适应专用控制器装置，其特征在于，所述数字控制器还连接有图像语音传输系统。
4.根据权利要求1所述的无人驾驶纯电动船的自适应专用控制器装置，其特征在于，所述能源系统配置有BMS电池管理系统。
5.根据权利要求1所述的无人驾驶纯电动船的自适应专用控制器装置，其特征在于，所述数字控制器采用DSP和FPGA实现。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110032104A (zh) * 2019-04-12 2019-07-19 上海丰滋新能源船舶科技有限公司 一种竹筏船的航速调节及转向控制装置

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