CN109669467B - 具有容错能力的多节点信息融合波浪滑翔器控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具有容错能力的多节点信息融合波浪滑翔器控制系统,主要由数据采集系统、导航通讯系统、数据融合控制系统、牵引机系统和能源管理系统组成。其中数据采集系统与数据融合控制系统可选CAN总线、RS‑232方式进行通讯;牵引机系统与数据融合控制系统通过RS‑485方式通讯;导航通讯系统和能源管理系统通过RS‑232与数据融合控制系统通讯。能源管理系统单独控制其余四个系统供电,并实时监控每个系统电压电流是否正常;每个控制系统具有漏水检测功能,能源管理系统作为漏水信息汇总系统。

Description

具有容错能力的多节点信息融合波浪滑翔器控制系统
技术领域
本发明涉及具有容错能力的多节点信息融合波浪滑翔器控制系统,特别涉及应用于波浪滑翔器控制领域。
背景技术
波浪滑翔器是一种新型的海洋移动观测平台,利用波浪能转化为前向动力,利用太阳能为波浪滑翔器控制系统供电。波浪滑翔器需要长时间、大范围地在恶劣的海洋环境里持续运行,所以对其控制系统的稳定性要求极高。
以往波浪滑翔器的主控系统主要采用单个嵌入式控制器进行传感器信息交互、导航通讯、运动控制和能源管理,当该嵌入式控制器发生故障时,整个波浪滑翔器的控制系统瘫痪,导致波浪滑翔器丢失,造成巨大的经济损失。也有专利提出采用备用计算机的方式实现控制系统的冗余,但是该种方法仅仅解决了主控制器发生故障情况,若某一传感器发生故障,如传感器电源因漏水短路,可能直接导致主控制器与备用控制器均发生故障。
本发明涉及了具有容错能力的多节点信息融合波浪滑翔器控制系统,主要由数据采集系统、导航通讯系统、数据融合控制系统、牵引机系统和能源管理系统组成。能源管理系统作为故障检测的信息融合系统,监控每个系统电压、电流、漏水信号,每个系统由能源管理系统独立供电,独立运行;数据融合控制系统作为各个系统的信息融合控制系统,完成其余各个系统信息的处理、调度。
发明内容
本发明目的在于提高波浪滑翔器控制系统的稳定性和容错能力。本发明所涉及的具有容错能力的多节点信息融合波浪滑翔器控制系统也可扩展到其他与波浪滑翔控制原理类似的航行器上。
本发明涉及的具有容错能力的多节点信息融合波浪滑翔器控制系统,主要由数据采集系统、导航通讯系统、数据融合控制系统、牵引机系统和能源管理系统组成。能源管理系统作为故障检测的信息融合系统,监控每个系统电压、电流、漏水信号,每个系统由能源管理系统独立供电,独立运行;数据融合控制系统作为各个系统的信息融合控制系统,完成其余各个系统信息的处理、调度。
所述的数据采集系统包括存储单元、气象站、CTD、波浪传感器和ADCP,具有信息备份功能,当数据采集系统检测到与数据融合控制系统通讯中断,数据采集系统自动将采集的传感器信息保存在储存单元,若通讯恢复,数据采集系统将通讯中断后的数据依次传输给数据融合控制系统。
所述的牵引机系统包括罗盘、螺旋桨和舵机,所述的牵引机系统螺旋桨平时处于关闭状态,可根据数据融合控制系统的指令切换至螺旋桨推进模式。
所述的导航通讯系统包括无线通讯器、GPS模块、铱星模块,可进行短距离通讯、远程上传数据、指令接收;若检测到与数据融合控制系统通讯中断,自动切换至回收模式,远程发送故障指令,连续回传位置信息,等待回收。
所述的能源管理系统包括太阳能板、充放电管理模块和电池包。所述的能源管理系统具有漏水检测处理功能,若除数据融合控制系统外的某一系统漏水信号触发,能源管理系统切断其供电,并持续检测其漏水信息,向数据融合控制系统发送故障信息;若数据融合控制系统漏水信号触发,能源管理系统切断其电源,进入回收模式。所述的能源管理系统具有电压电流监控功能;若除数据融合控制系统外的某一系统电压、电流异常,能源管理系统切断其供电,向数据融合控制系统发送故障信息;若数据融合控制系统电压、电流异常,能源管理系统切断其电源,进入回收模式。
数据融合控制系统包括备用铱星模块。所述的数据融合控制系统作为指挥中枢汇总各系统数据,并进行数据处理;内嵌一个备用铱星模块,正常工作状态下为掉电模式,当检测到导航通讯系统发生故障,自动开启备用铱星模块远程发送故障指令,利用铱星模块及气象站的GPS信息进行定位,进入回收模式等待回收。
附图说明
图1是具有容错能力的多节点信息融合波浪滑翔器控制系统的总体框图;
图2是控制系统总体供电与漏水检测示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细的描述。
如图1所示,具有容错能力的多节点信息融合波浪滑翔器控制系统包括数据采集系统、导航通讯系统、数据融合控制系统、牵引机系统和能源管理系统。数据采集系统与数据融合控制系统通过CAN/RS-232方式进行通讯,提高了数据采集系统与数据融合控制系统的通信速率和兼容性。由于牵引机系统位于牵引机上,与数据融合控制系统距离较远,牵引机系统与数据融合控制系统通过RS-485方式通讯,提高通信的抗干扰能力。导航通讯系统和能源管理系统与数据融合控制系统距离近,故通过RS-232方式与数据融合控制系统通讯。能源管理系统单独控制其余四个系统供电,且每个控制系统具有漏水检测功能,能源管理系统作为漏水检测信息的融合系统。
图1中的数据采集系统包括存储单元、气象站、CTD、波浪传感器和ADCP,其中存储单元由板载FLASH存储芯片及SD卡组成,可以实现大容量的数据存储;气象站安装于浮体船上,可以采集风速、风向、压力、温度、湿度、GPS信息、加速度信息等;CTD传感器可采集海水的温度、盐度、深度信息;ADCP可采集流速等信息。所述的数据采集系统具有信息备份功能;当数据采集系统检测到与数据融合控制系统通讯中断,数据采集系统自动将采集的传感器信息保存在储存单元,若通讯恢复,数据采集系统将通讯中断后的数据依次传输给数据融合控制系统。
图1中的牵引机系统包括罗盘、螺旋桨和舵机,罗盘提供波浪滑翔器当前航向信息,舵机动作实现牵引机舵板的摆动,控制牵引机的舵角,螺旋桨平时处于关闭状态,可根据数据融合控制系统的指令切换至螺旋桨推进模式。
图1中的导航通讯系统包括无线通讯器、GPS模块、铱星模块,其中无线通讯器为一个无线数传电台,通讯距离可达数公里,可进行短距离通讯;GPS模块提供波浪滑翔器的位置信息,通过铱星模块可实现与岸基中心远程上传数据、指令接收等远程通讯;若检测到与数据融合控制系统通讯中断,自动切换至回收模式,远程发送故障指令,连续回传位置信息,等待回收。
图1中的能源管理系统包括太阳能板、充放电管理模块、电池包,太阳能板将太阳能转化为电能存储在电池包中,充放电管理模块控制太阳能板的充电及各个系统的供电,且具有漏水检测处理及电流、电压监控功能。若除数据融合控制系统外的某一系统漏水信号触发,能源管理系统切断其供电,并持续检测其漏水信息,向数据融合控制系统发送故障信息;若数据融合控制系统漏水信号触发,能源管理系统切断其电源,进入回收模式。若除数据融合控制系统外的某一系统电压、电流异常,能源管理系统切断其供电,向数据融合控制系统发送故障信息;若数据融合控制系统电压、电流异常,能源管理系统切断其电源,进入回收模式。
图1中的数据融合控制系统包括备用铱星模块,数据融合控制系统作为指挥中枢汇总各个系统数据,并进行数据处理。如处理数据采集系统传来的传感器信息、能源管理系统传来的各个系统的运行电压、电流、漏水信号等信息、牵引机系统的航向信息等传输到导航控制系统通过铱星通讯回传到岸基中心;将导航控制系统传来的位置信息输入到牵引机系统进行舵角解算。数据融合控制系统内嵌一个备用铱星模块,正常工作状态下为掉电模式,当检测到导航通讯系统发生故障,自动开启备用铱星模块远程发送故障指令,利用铱星模块及气象站的GPS信息进行定位,进入回收模式等待回收。
图2为控制系统总体供电与漏水检测示意图,如图所示,能源管理系统分别为其余系统供电,其余四个系统的漏水检测信息汇总到能源管理系统进行处理。能源管理系统分别对四个系统的供电电压、电流进行监控,若某一系统出现过压、过流等异常现象,能源管理系统切断其能源供给;若某一系统触发漏水信号,能源管理系统切断其能源供给,并实时监控。
下面举例描述控制系统发生各种故障时各个系统的反应。
如果数据采集系统发生故障,与数据融合控制系统之间通讯中断,无漏水信号触发,电压、电流正常,则能源管理系统正常给数据采集系统供电,数据采集系统转入自存储模式,数据融合控制系统发送故障指令告知岸基中心;如果数据采集系统漏水信号触发或电压、电流异常,能源管理系统立刻切断其电源供给,发送故障指令,等待岸基中心下一步指令。
如果牵引机系统发生故障,与数据融合控制系统通讯中断,此时牵引机系统无法获取位置信息,无法正常运行,故能源管理系统切断其电源供给,发送故障指令,进入回收模式。
如果导航通讯系统发生故障,与数据融合控制系统通讯中断,能源管理系统切断其电源供给,数据融合控制系统启用备用铱星模块,发送故障指令,同时采用数据采集系统传输的气象站GPS信息进行定位,继续工作。
如果数据融合控制系统发生故障,监测到数据融合控制系统触发漏水信号或电压、电流异常,立刻切断其能源供给,此时导航控制系统与数据融合系统通讯中断,自动发送故障指令,进入回收模式。
本发明所涉及的具有容错能力的多节点信息融合波浪滑翔器控制系统在数据采集系统或导航通讯系统发生故障时仍能正常运行,在能源管理系统正常工作情况下,本发明所提控制系统最多可允许三个系统发生故障,只要数据融合系统与导航通讯系统中一个正常工作,波浪滑翔器即可与岸基中心通讯,防止丢失。
以上实施方式仅用于说明本发明,而并非对本发明的限制,有关技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可以做出各种变化和变型,因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴,本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (4)

1.具有容错能力的多节点信息融合波浪滑翔器控制系统,其特征在于,所述具有容错能力的多节点信息融合波浪滑翔器控制系统包括数据采集系统、导航通讯系统、数据融合控制系统、牵引机系统和能源管理系统;数据采集系统与数据融合控制系统通过CAN/RS-232方式进行通讯,牵引机系统与数据融合控制系统RS-485方式通讯,导航通讯系统和能源管理系统通过RS-232方式与数据融合控制系统通讯;能源管理系统单独控制其余四个系统供电,且每个控制系统具有漏水检测功能,能源管理系统作为漏水检测信息的融合系统;
所述数据采集系统包括存储单元、气象站、CTD、波浪传感器和ADCP;所述牵引机系统包括罗盘、螺旋桨和舵机;所述导航通讯系统包括无线通讯器、GPS模块、铱星模块;所述能源管理系统包括太阳能板、充放电管理模块、电池包;所述数据融合控制系统包括备用铱星模块;所述的数据采集系统具有信息备份功能;当数据采集系统检测到与数据融合控制系统通讯中断,数据采集系统自动将采集的传感器信息保存在储存单元,若通讯恢复,数据采集系统将通讯中断后的数据依次传输给数据融合控制系统;
所述的导航通讯系统能够进行短距离通讯、远程上传数据、指令接收;若检测到与数据融合控制系统通讯中断,自动切换至回收模式,远程发送故障指令,连续回传位置信息,等待回收;
所述的数据融合控制系统作为指挥中枢汇总各系统数据,并进行数据处理;内嵌一个备用铱星模块,正常工作状态下为掉电模式,当检测到所述导航通讯系统发生故障,自动开启备用铱星模块远程发送故障指令,利用备用铱星模块及气象站的GPS信息进行定位,进入回收模式等待回收。
2.根据权利要求1所述的具有容错能力的多节点信息融合波浪滑翔器控制系统,其特征在于,所述牵引机系统的螺旋桨平时处于关闭状态,能够根据数据融合控制系统的指令切换至螺旋桨推进模式。
3.根据权利要求1所述的具有容错能力的多节点信息融合波浪滑翔器控制系统,其特征在于,所述的能源管理系统具有漏水检测处理功能;若除数据融合控制系统外的某一系统漏水信号触发,能源管理系统切断其供电,并持续检测其漏水信息,向数据融合控制系统发送故障信息;若数据融合控制系统漏水信号触发,能源管理系统切断其电源,进入回收模式。
4.根据权利要求1所述的具有容错能力的多节点信息融合波浪滑翔器控制系统,其特征在于,所述的能源管理系统具有电压电流监控功能;若除数据融合控制系统外的某一系统电压、电流异常,能源管理系统切断其供电,向数据融合控制系统发送故障信息;若数据融合控制系统电压、电流异常,能源管理系统切断其电源,进入回收模式。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111555432A (zh) * 2020-06-01 2020-08-18 青岛海舟科技有限公司 波浪滑翔器低功耗电源管理系统
CN111591426A (zh) * 2020-06-01 2020-08-28 青岛海舟科技有限公司 一种基于直流载波的波浪滑翔器通讯系统
CN111591404A (zh) * 2020-06-01 2020-08-28 青岛海舟科技有限公司 一种波浪滑翔器避碰方法
CN114740792B (zh) * 2022-06-13 2022-11-18 青岛海舟科技有限公司 一种分布式架构的波浪滑翔器控制系统
CN115991271A (zh) * 2023-03-23 2023-04-21 中国海洋大学 一种基于螺旋桨推进的波浪滑翔器导航方法及系统

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2646701A (en) * 1996-07-10 2001-05-17 Aeris Communications, Inc. Variable burst remote access application messaging method and apparatus
US6641087B1 (en) * 2001-10-09 2003-11-04 Cubic Defense Systems, Inc. Anti-hijacking system operable in emergencies to deactivate on-board flight controls and remotely pilot aircraft utilizing autopilot
CN203385860U (zh) * 2013-08-19 2014-01-08 中国科学院沈阳自动化研究所 一种用于海洋装备的示位器
CN104422935A (zh) * 2013-08-19 2015-03-18 中国科学院沈阳自动化研究所 一种用于海洋装备的示位器及其方法
CN203732973U (zh) * 2014-03-06 2014-07-23 天津卓朗科技发展有限公司 一种多路示位漏水检测报警监控装置
CN103984348B (zh) * 2014-06-10 2017-12-26 国家海洋技术中心 基于波浪能推动的自主航行观测平台控制系统
CN105807298B (zh) * 2016-04-27 2018-08-17 上海海洋大学 全海深海洋装备的定位与通信装置及方法
CN106990787B (zh) * 2017-05-16 2020-09-25 哈尔滨工程大学 一种上下体艏向信息融合的波浪滑翔器航点跟踪方法
CN108287018B (zh) * 2018-01-25 2021-08-10 国家海洋技术中心 基于波浪滑翔器的海洋环境噪声测量装置
CN108375899B (zh) * 2018-01-29 2020-12-22 哈尔滨工程大学 高可靠性波浪滑翔器控制系统
CN108490455A (zh) * 2018-03-27 2018-09-04 江西理工大学 一种智能海洋装备的定位与通信系统
CN109334867A (zh) * 2018-11-30 2019-02-15 中国海洋大学 用于海气界面观测波浪滑翔器数据校准的全向稳定浮标

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
波浪滑翔器总体技术研究;卢旭;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)工程科技Ⅱ辑》;20180615(第06期);C036-518 *

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