CN113889362A - 仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置及启动停止控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置,包括:可移动磁性部件,位于仿胸鳍推进航行器的外部,可移动磁性部件用于产生固定磁场;双稳态开关,位于仿胸鳍推进航行器的内部,双稳态开关用于感应可移动磁性部件产生的固定磁场以进行开关转换;变压电路,分别与航行器能源系统和双稳态开关连接以将航行器能源系统的输出电压转换为符合双稳态开关工作的电压;固态继电器,与双稳态开关连接;能源管理系统,与固态继电器连接以根据固态继电器的输出电压为仿胸鳍推进航行器提供电源输入。应用本发明的技术方案,能够解决现有技术中仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置存在操作复杂,水密安全性、稳定性和可靠性低,以及能耗高的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及水下仿生航行器总体与能源管理技术领域,尤其涉及一种仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置及启动停止控制方法。
背景技术
水下生物的游动形式多种多样,根据国际上对于鱼类推进模式的权威分类方式,水下无人仿生装备按照仿生推进机理可分为身体/尾鳍(BCF)推进模式和中央鳍/对鳍(MPF)推进模式两大类,水下仿胸鳍推进航行器属于MPF模式,是无人水下航行器的跨代发展产品。
启动停止控制装置是水下航行器的关键系统,操纵人员使用该装置从外部控制航行器的启动/停止。仿胸鳍推进航行器采用电动力推进,启动停止控制系统通过控制航行器能源系统硬件电路的输出与切断,进而控制系统的启停。
常见的启动停止控制装置有三种:(1)舱体航插方式,启动航行器时,打开水密端盖,将导通插头安装在航行器负责开关的插头上,将水密端盖重新安装,停止航行时,打开水密端盖后使用断路插头替代密封口盖下的导通插头;(2)舱体水密插座方式,航行器启动时,将内部特定芯点短接的水密接插件母头安装在水密接插件公头上,停止航行时,采用内部特定芯点断接的水密接插件母头替换内部特定芯点短接的水密接插件母头;(3)无线遥控方式,通过舱外遥控器和舱内信号处理及控制模块对航行器能源控制系统进行通断控制。第一种方式每次都需要拆卸密封口盖,操作复杂,且水密安全性低;第二种方式水密接插件体积占比较大、机械插拔次数多,稳定性和可靠性较差;第三种方式舱内无线控制模块需一直供电,能耗较高,且舱体为金属密封时无法使用。
发明内容
本发明提供了一种仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置及启动停止控制方法,能够解决现有技术中仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置存在操作复杂,水密安全性、稳定性和可靠性低,以及能耗高的技术问题。
根据本发明的一方面,提供了一种仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置,该仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置包括:可移动磁性部件,可移动磁性部件位于仿胸鳍推进航行器的外部,可移动磁性部件用于产生固定磁场;双稳态开关,双稳态开关位于仿胸鳍推进航行器的内部,双稳态开关用于感应可移动磁性部件产生的固定磁场以进行开关转换;变压电路,变压电路分别与航行器能源系统和双稳态开关连接以将航行器能源系统的输出电压转换为符合双稳态开关工作的电压;固态继电器,固态继电器与双稳态开关连接;能源管理系统,能源管理系统与固态继电器连接以根据固态继电器的输出电压为仿胸鳍推进航行器提供电源输入。
进一步地,可移动磁性部件为圆环形磁铁。
进一步地,双稳态开关为常开型双稳态开关。
进一步地,变压电路为直流电压转换电路。
根据本发明的另一方面,提供了一种仿胸鳍推进航行器启动停止控制方法,该仿胸鳍推进航行器启动停止控制方法采用如上所述仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置实现。
进一步地,仿胸鳍推进航行器启动停止控制方法包括:仿胸鳍推进航行器完成地面准备状态,各系统处于正常状态;可移动磁性部件在双稳态开关所在的垂直于仿胸鳍推进航行器的平面内从仿胸鳍推进航行器的前方向后方匀速缓慢地划过;双稳态开关感应仿胸鳍推进航行器外部可移动磁性部件的磁场,由常开状态装换为常闭状态,仿胸鳍推进航行器能源系统依次通过变压电路、双稳态开关和固态继电器后,激活能源管理系统,能源管理系统开始工作;能源管理系统按照控制指令要求依次为仿胸鳍推进航行器各系统供电,仿胸鳍推进航行器完成上电;仿胸鳍推进航行器完成航行任务返航后,可移动磁性部件在双稳态开关所在的垂直于仿胸鳍推进航行器的平面内从仿胸鳍推进航行器的后方向前方匀速缓慢划过;双稳态开关感应仿胸鳍推进航行器外部可移动磁性部件的磁场,由常闭状态转换为常开状态,能源管理系统断电,仿胸鳍推进航行器全系统实现断电停止。
进一步地,可移动磁性部件在移动过程中保持上表面与双稳态开关上表面相平行。
应用本发明的技术方案,提供了一种仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置及启动停止控制方法,通过感应可移动磁性部件的磁场移动实现双稳态开关的通断,结合变压电路、固态继电器和能源管理系统实现仿胸鳍推进航行器能源系统硬件电路的输出与切断,进而实现仿胸鳍推进航行器的启动和停止。本发明的仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置具有非拆卸、无接触式、无损耗以及稳定可靠的优势,与现有技术相比,本发明的技术方案能够解决现有技术中仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置存在操作复杂,水密安全性、稳定性和可靠性低,以及能耗高的技术问题。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解,其构成了说明书的一部分,用于例示本发明的实施例,并与文字描述一起来阐释本发明的原理。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他的附图。
图1示出了根据本发明的具体实施例提供的仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置的各部件的位置关系示意图;
图2示出了根据本发明的具体实施例提供的仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置的电路示意图;
图3示出了根据本发明的具体实施例提供的仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置的结构示意图;
图4示出了根据本发明的具体实施例提供的可移动磁性部件的磁场分布示意图。
其中,上述附图包括以下附图标记:
100、仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置;10、可移动磁性部件;20、双稳态开关;30、变压电路;40、固态继电器;50、能源管理系统;200、航行器能源系统。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时,应当明白,为了便于描述,附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。因此,示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
如图1至4所示,根据本发明的具体实施例提供了一种仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置100,该仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置100包括:可移动磁性部件10、双稳态开关20、变压电路30、固态继电器40和能源管理系统50。可移动磁性部件10位于仿胸鳍推进航行器的外部,可移动磁性部件10用于产生固定磁场;双稳态开关20位于仿胸鳍推进航行器的内部,双稳态开关20用于感应可移动磁性部件10产生的固定磁场以进行开关转换;变压电路30分别与航行器能源系统200和双稳态开关20连接以将航行器能源系统的输出电压转换为符合双稳态开关工作的电压;固态继电器40与双稳态开关20连接;能源管理系统50与固态继电器40连接以根据固态继电器40的输出电压为仿胸鳍推进航行器提供电源输入。
应用此种配置方式,提供了一种仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置,通过感应可移动磁性部件的磁场移动实现双稳态开关的通断,结合变压电路、固态继电器和能源管理系统实现仿胸鳍推进航行器能源系统硬件电路的输出与切断,进而实现仿胸鳍推进航行器的启动和停止。本发明的仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置具有非拆卸、无接触式、无损耗以及稳定可靠的优势,与现有技术相比,本发明的技术方案能够解决现有技术中仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置存在操作复杂,水密安全性、稳定性和可靠性低,以及能耗高的技术问题。
作为本发明的一个具体实施例,可移动磁性部件10可配置为圆环形永久磁铁,以产生稳定的固定磁场,如图4所示。
进一步地,在本发明中,为了配合可移动磁性部件以实现对仿胸鳍推进航行器的启动和停止控制,可配置双稳态开关20为常开型双稳态开关,即双稳态开关的初始状态为常开,当感应到可移动磁性部件沿第一方向移动产生的固定磁场后,双稳态开关的状态转换为常闭;当感应到可移动磁性部件沿与第一方向相反的第二方向移动产生的固定磁场后,双稳态开关的状态再次转换为常开。其中,第一方向可定义为从仿胸鳍推进航行器的前方向后方移动,第二方向可定义为从仿胸鳍推进航行器的后方向前方移动。
双稳态开关的规格可根据实际需要进行选择,作为本发明的一个具体实施例,可配置双稳态开关输入电压为12V,最大工作电流为1A。
此外,在本发明中,为了将航行器能源系统的输出电压转换为符合双稳态开关工作的电压,可配置变压电路30分别与航行器能源系统50和双稳态开关20连接。本发明的变压电路为DC-DC直流电压转换电路,变压电路的规格可根据实际需要进行选择,作为本发明的一个具体实施例,可采用7812集成电路IC芯片,将24V直流电压转换为12V直流电压,为双稳态开关提供稳定的电压输入。
进一步地,在本发明中,固态继电器40是采用半导体器件作为切换装置的具有继电器特性的无触点开关器件,其规格可根据实际需要进行选择,作为本发明的一个具体实施例,可配置固态继电器的控制输入电压为12V,被控输入电压为24V,最大输出电流为20A。
此外,在本发明中,能源管理系统50是一种电源通断控制和电压转换的集成模块,其主要功能是接受固态继电器输出的电压,经过变压后为仿胸鳍推进航行器提供稳定可靠的电源输入。能源管理系统50可配置为包括多个能源管理模块,同样地,可根据不同需求设计不同的能源管理模块,作为本发明的一个具体实施例,能源管理系统包括三个能源管理模块,分别对应的系统输出为24V-10A、12V-10A、5V-10A,如图2所示。
根据本发明的另一方面,提供了一种仿胸鳍推进航行器启动停止控制方法,该仿胸鳍推进航行器启动停止控制方法采用如上所述仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置实现。
进一步地,在本发明中,仿胸鳍推进航行器启动停止方法包括:
仿胸鳍推进航行器完成地面准备状态,各系统处于正常状态;
可移动磁性部件10在双稳态开关20所在的垂直于仿胸鳍推进航行器的平面内从仿胸鳍推进航行器的前方向后方匀速缓慢地划过;
双稳态开关20感应仿胸鳍推进航行器外部可移动磁性部件10的磁场,由常开状态装换为常闭状态,仿胸鳍推进航行器能源系统200依次通过变压电路30、双稳态开关20和固态继电器40后,激活能源管理系统50,能源管理系统50开始工作;
能源管理系统50按照控制指令要求依次为仿胸鳍推进航行器各系统供电,仿胸鳍推进航行器完成上电;
仿胸鳍推进航行器完成航行任务返航后,可移动磁性部件10在双稳态开关20所在的垂直于仿胸鳍推进航行器的平面内从仿胸鳍推进航行器的后方向前方匀速缓慢划过;
双稳态开关20感应仿胸鳍推进航行器外部可移动磁性部件10的磁场,由常闭状态转换为常开状态,能源管理系统50断电,仿胸鳍推进航行器全系统实现断电停止。
进一步地,在本发明中,为了实现双稳态开关对可移动磁性部件的有效磁场感应,可使可移动磁性部件10在移动过程中保持上表面与双稳态开关上表面相平行。
本发明的仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置,具有非拆卸、无接触式、无损耗以及稳定可靠的优势,该装置利用电磁感应原理,通过感应特定磁场移动,控制双稳态开关的通断,结合DC-DC变压电路、固态继电器和能源管理系统进行电压变换及功率转换,实现仿胸鳍推进航行器能源系统硬件电路的输出与切断,可适应不同的输入电压和输出负载。
综上所述,本发明提供了一种仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置及启动停止控制方法,通过感应可移动磁性部件的磁场移动实现双稳态开关的通断,结合变压电路、固态继电器和能源管理系统实现仿胸鳍推进航行器能源系统硬件电路的输出与切断,进而实现仿胸鳍推进航行器的启动和停止。本发明的仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置具有非拆卸、无接触式、无损耗以及稳定可靠的优势,与现有技术相比,本发明的技术方案能够解决现有技术中仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置存在操作复杂,水密安全性、稳定性和可靠性低,以及能耗高的技术问题。
为了便于描述,在这里可以使用空间相对术语,如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等,用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是,空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如,如果附图中的器件被倒置,则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而,示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位),并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外,需要说明的是,使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件,仅仅是为了便于对相应零部件进行区别,如没有另行声明,上述词语并没有特殊含义,因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置,所述仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置(100)包括:
可移动磁性部件(10),所述可移动磁性部件(10)位于仿胸鳍推进航行器的外部,所述可移动磁性部件(10)用于产生固定磁场;
双稳态开关(20),所述双稳态开关(20)位于仿胸鳍推进航行器的内部,所述双稳态开关(20)用于感应所述可移动磁性部件(10)产生的固定磁场以进行开关转换;
变压电路(30),所述变压电路(30)分别与航行器能源系统(200)和所述双稳态开关(20)连接以将航行器能源系统(200)的输出电压转换为符合所述双稳态开关(20)工作的电压;
固态继电器(40),所述固态继电器(40)与所述双稳态开关(20)连接;
能源管理系统(50),所述能源管理系统(50)与所述固态继电器(40)连接以根据所述固态继电器(40)的输出电压为仿胸鳍推进航行器提供电源输入。
2.根据权利要求1所述的仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置,其特征在于,所述可移动磁性部件(10)为圆环形磁铁。
3.根据权利要求1或2所述的仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置,其特征在于,所述双稳态开关(20)为常开型双稳态开关(20)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置,其特征在于,所述变压电路(30)为直流电压转换电路。
5.一种仿胸鳍推进航行器启动停止控制方法,其特征在于,所述仿胸鳍推进航行器启动停止控制方法采用如权利要求1至4中任一项所述的仿胸鳍推进航行器启动停止控制装置实现。
6.根据权利要求5所述的仿胸鳍推进航行器启动停止控制方法,其特征在于,所述仿胸鳍推进航行器启动停止控制方法包括:
仿胸鳍推进航行器完成地面准备状态,各系统处于正常状态;
可移动磁性部件(10)在双稳态开关(20)所在的垂直于仿胸鳍推进航行器的平面内从所述仿胸鳍推进航行器的前方向后方匀速缓慢地划过;
所述双稳态开关(20)感应仿胸鳍推进航行器外部所述可移动磁性部件(10)的磁场,由常开状态装换为常闭状态,仿胸鳍推进航行器能源系统(200)依次通过变压电路(30)、双稳态开关(20)和固态继电器(40)后,激活能源管理系统(50),能源管理系统(50)开始工作;
所述能源管理系统(50)按照控制指令要求依次为所述仿胸鳍推进航行器各系统供电,所述仿胸鳍推进航行器完成上电;
所述仿胸鳍推进航行器完成航行任务返航后,所述可移动磁性部件(10)在所述双稳态开关(20)所在的垂直于所述仿胸鳍推进航行器的平面内从所述仿胸鳍推进航行器的后方向前方匀速缓慢划过;
所述双稳态开关(20)感应仿胸鳍推进航行器外部所述可移动磁性部件(10)的磁场,由常闭状态转换为常开状态,所述能源管理系统(50)断电,所述仿胸鳍推进航行器全系统实现断电停止。
7.根据权利要求6所述的仿胸鳍推进航行器启动停止控制方法,其特征在于,所述可移动磁性部件(10)在移动过程中保持上表面与双稳态开关(20)上表面相平行。
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