CN112666958B - 一种水下通用型运载平台uuv配置方案的智能识别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种水下通用型运载平台UUV配置方案的智能识别方法，解决现有水下通用型运载平台UUV配置方案中需要人工进行推进器安装工位确认，并重新烧写软件，不同任务间切换难度大，效率低下，推进器间互换性差，且易造成错误的问题。以中央控制器为核心节点，推进器为独立节点，且各推进器的识别信息已事先固化在推进器软件中，所有节点均挂接在CAN总线上。核心节点与独立节点间通过CAN协议通讯。中央控制器将每一个推进器的硬件接口定义为一个工位，每个工位对应一个供电继电器。产品上电后，中央控制器进行各工位安装推进器的自动识别，形成工位配置表，并与事先设定的配置方案映射关系表进行匹配，识别出本任务的配置方案。

Description

一种水下通用型运载平台UUV配置方案的智能识别方法
技术领域
本发明属于水下推进器配置技术领域，具体涉及一种水下通用型运载平台UUV配置方案的智能识别方法。
背景技术
近年来，UUV作为探索海洋及各类水域的主要科研设备，在侦查监视、水下通讯、打捞搜救、矿藏勘探等军民各领域崭露头角；随着UUV功能的不断衍生，UUV的发展已从各类专用型UUV向通用平台式UUV发展。
水下通用型运载平台作为一种通用平台式UUV，通过在通用型运载平台上配置声呐、机械手等不同设备实现不同的作业功能切换。除作业设备的配置区别外，由于不同类型的作业任务，对UUV在航速、机动能力、动作方式等指标要求不同，通用型运载平台需要采用不同的推进器配置方案，以满足本任务对各向推力分配的需求。
水下通用型运载平台的推进系统通常可配置3～12个推进器。依据设计作业任务书，需对推进器配置不同方案，即使同一配置方案下，推进器也会存在厂家型号和技术参数的差异；因此，水下通用型运载平台需要在试验现场，对其推进系统的配置方案进行现场调整，灵活配置。但是，传统的配置方案，需要在水下通用型运载平台的推进系统配置完成后，必须人工确认各推进器的安装工位(即人工识别推进器的配置方案)，并依据工位与推进器的对应关系，对其中央控制器的算法和软件重新烧写，才能执行任务，存在不同任务间切换难度大，效率低下，推进器间互换性差，且易造成错误的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决现有水下通用型运载平台无人水下航行器(UUV)配置方案中需要人工进行推进器安装工位确认，并重新烧写软件，不同任务间切换难度大，效率低下，推进器间互换性差，且易造成错误的不足之处，而提供了一种水下通用型运载平台UUV配置方案的智能识别方法。
为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：
一种水下通用型运载平台UUV配置方案的智能识别方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)建立以水下通用型运载平台推进系统的中央控制器为核心节点，每一个智能推进器均为独立节点的CAN总线架构；
2)规定中央控制器与各智能推进器间的CAN通讯握手协议，并将各智能推进器的识别信息事先固化在推进器软件中；
3)中央控制器将每个智能推进器的硬件接口定义为一个工位，且每个工位对应一个供电继电器；供电继电器的通断均由中央控制器控制，初态均为断开；
4)根据作业任务，人工完成水下通用型运载平台UUV的推进器安装；在此过程中，只需根据作业任务需求快速进行推进器的安装，无需关注推进器编号和安装工位的对应关系，大大提升安装效率。
5)中央控制器上电，进行各工位安装推进器的自动识别，形成工位配置表；
6)依据工位配置表，中央控制器与事先设定的配置方案映射关系表进行匹配，识别出本作业任务的配置方案，完成对推进器配置的智能识别；
7)中央控制器依据步骤6)识别出的配置方案确定控制策略，并向已识别的各个智能推进器分配相应的控制推力和方向，完成作业任务。
进一步地，所述步骤5)的具体为：
5.1)中央控制器上电；
5.2)中央控制器从1号工位开始依次连通对应供电继电器，并向CAN总线发送握手指令；
5.3)1号工位推进器收到握手指令后，按协议回复握手信息；
5.4)中央控制器收到1号工位推进器握手信息后，读取识别信息，填入工位配置表，关闭1号工位继电器；
5.5)依次对2号～N号工位，重复进行5.2)～5.4)；若对应工位安装了推进器，则该推进器在继电器连通上电后，可收到中央控制器的CAN握手指令，并向中央控制器回复握手信息；若对应工位未安装推进器，则中央控制器不会收到该工位的任何回复信息。
5.6)完成工位配置表。
按照工位号依次进行识别，有利于识别过程有序进行，不易出错，提高识别效率。
进一步地，步骤2)中，所述识别信息包括节点ID、厂家信息、型号信息、编号信息以及参数信息。
进一步地，步骤7)的具体为：
7.1)根据工位配置表，利用公式得到推进器编号与工位的映射矩阵
其中：T为安装推进器的编号信息组成矩阵；G为推进器工位号组成矩阵；
7.2)中央控制器依据配置方案，确定控制策略，向已识别的各个推进器分配相应的控制推力和方向，公式如下：
其中:[Vx Vy Vz ωx ωy ωz]T为水下通用型运载平台根据运载器动作需求计算的六自由度控制指令；
M为分配到各推进器上的控制指令；
为当前配置方案对应的控制策略矩阵(由六自由度控制指令到运载平台对应工位的推力分配策略)，其中，下标n表示采取的策略编号；
B为推进器的参数信息矩阵。
进一步地，步骤3)中，为了便于管理识别，工位号与供电继电器编号一一对应。
本发明的优点是：
1.本发明基于CAN总线的分布式总体设计，采用软硬件相结合的方式，实现水下通用型运载平台的中央控制器对所装配推进器配置方案的智能识别。适用于各类水下通用型运载平台无人水下航行器(UUV)的设计，以“即插即用”的智能工作方案为目的，不再需要人工参与软件调整，可实现水下通用型运载平台现场快速灵活地作业转换，从而大幅提升UUV的作业效率。
2.采用本方法不再需要人工进行推进器安装工位确认，重新烧写软件，且不同任务间切换难度大幅降低，效率显著提升，人工安装推进器时只需根据任务需求快速进行推进器的安装，无需关注推进器编号和安装工位的对应关系，推进器间互换性更好，且准确率高。
附图说明
图1为本发明智能识别方法中CAN总线架构图；
图2为本发明中中央控制器内工位与供电继电器示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步的详细描述：
一种水下通用型运载平台UUV配置方案的智能识别方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)建立以水下通用型运载平台推进系统的中央控制器为核心节点，每一个智能推进器均为独立节点的CAN总线架构；
2)规定中央控制器与各智能推进器间的CAN通讯握手协议，并将各智能推进器的识别信息事先固化在推进器软件中；所述识别信息包括节点ID、厂家信息、型号信息、编号信息以及参数信息，CAN总线架构图参见图1；
3)中央控制器将每个智能推进器的硬件接口定义为一个工位，且每个工位对应一个供电继电器；供电继电器的通断均由中央控制器控制，初态均为断开；为了便于管理识别，工位号与供电继电器编号一一对应，见图2；
4)根据作业任务，人工完成水下通用型运载平台UUV的安装配置；在此过程中，只需根据作业任务需求快速进行推进器的安装，无需关注推进器编号和安装工位的对应关系，大大提升安装效率。
5)中央控制器上电，进行各工位安装推进器的自动识别，形成工位配置表；具体为：
5.1)中央控制器上电；
5.2)中央控制器从1号工位开始依次连通对应供电继电器，并向CAN总线发送握手指令；
5.3)1号工位推进器收到握手指令后，按协议回复握手信息；
5.4)中央控制器收到1号工位推进器握手信息后，读取识别信息，填入工位配置表，关闭1号工位继电器；
5.5)依次对2号～N号工位，重复进行5.2)～5.4)；
5.6)完成工位配置表。
6)依据工位配置表，中央控制器与事先设定的配置方案映射关系表进行匹配，识别出本作业任务的配置方案，完成对推进器配置的智能识别；
7)中央控制器依据步骤6)识别出的配置方案确定控制策略，并向已识别的各个智能推进器分配相应的控制推力和方向，完成作业任务，以表1-表3中的方案2为例：
7.1)根据工位配置表，建立推进器编号与工位的映射矩阵公式如下：
其中：Ti推进器编号；
Gi为推进器工位号；
7.2)中央控制器依据配置方案，确定控制策略，向已识别的各个推进器分配相应的控制推力和方向，公式如下：
其中:[Vx Vy Vz ωx ωy ωz]T为水下通用型运载平台根据运载器动作需求计算的六自由度控制指令；
为分配到编号对应各推进器上的控制指令；
为配置方案2对应的控制策略矩阵；
B＝diag[B2 B3 B4 B5]为推进器的参数信息矩阵。
表1为推进器配置方案与控制策略的映射关系表示例
表2为CAN握手信息协议示例
表3为工位配置表示例
通过水下通用型运载平台对推进器配置方案的智能识别，不再需要人工参与软件调整，真正实现水下通用型运载平台在试验现场“即插即用”的智能化工作方式。

Claims (3)

1.一种水下通用型运载平台UUV配置方案的智能识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)建立以水下通用型运载平台推进系统的中央控制器为核心节点，每一个推进器均为独立节点的CAN总线架构；
2)规定中央控制器与各推进器间的CAN通讯握手协议，并将各推进器的识别信息事先固化在推进器软件中；
3)中央控制器将每个推进器的硬件接口定义为一个工位，且每个工位对应一个供电继电器；供电继电器的通断均由中央控制器控制，初态均为断开；
4)根据作业任务，人工完成水下通用型运载平台UUV的推进器安装；
5)中央控制器上电，进行各工位安装推进器的自动识别，形成工位配置表；具体为：
5.1)中央控制器上电；
5.2)中央控制器从1号工位开始依次连通对应供电继电器，并向CAN总线发送握手指令；
5.3)1号工位推进器收到握手指令后，按协议回复握手信息；
5.4)中央控制器收到1号工位推进器握手信息后，读取识别信息，填入工位配置表，关闭1号工位继电器；
5.5)依次对2号～N号工位重复进行5.2)～5.4)；
5.6)完成工位配置表；
6)依据工位配置表，中央控制器与事先设定的配置方案映射关系表进行匹配，识别出本作业任务的配置方案，完成对推进器配置的智能识别；
7)中央控制器依据步骤6)识别出的配置方案确定控制策略，并向已识别的各个推进器分配相应的控制推力和方向，具体为：
7.1)根据工位配置表，利用公式得到推进器编号与工位的映射矩阵/>
其中：T为安装推进器的编号信息组成矩阵；G为推进器工位号组成矩阵；
7.2)中央控制器依据配置方案，确定控制策略，向已识别的各个推进器分配相应的控制推力和方向，公式如下：
其中:[Vx Vy Vz ωx ωy ωz]T为水下通用型运载平台根据运载器动作需求计算的六自由度控制指令；
M为分配到各推进器上的控制指令；
为当前配置方案对应的控制策略矩阵，其中，下标n表示采取的策略编号；
B为推进器的参数信息矩阵。
2.根据权利要求1所述水下通用型运载平台UUV配置方案的智能识别方法，其特征在于：
步骤2)中，所述识别信息包括节点ID、厂家信息、型号信息、编号信息以及参数信息。
3.根据权利要求2所述水下通用型运载平台UUV配置方案的智能识别方法，其特征在于：
步骤3)中，工位号与供电继电器编号一一对应。
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