一種深海作業(yè)型rov控制系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于深海作業(yè)型ROV水下主控領(lǐng)域，具體涉及一種深海作業(yè)型ROV控制系統(tǒng)及其控制方法。本發(fā)明包括監(jiān)控層、控制層、執(zhí)行層、公共數(shù)據(jù)層，監(jiān)控層分為信息處理模塊、設(shè)備通信模塊、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控模塊；控制層包括資源分配模塊、任務(wù)決策模塊、任務(wù)控制模塊、指令輸出模塊。本發(fā)明應(yīng)用VxWorks嵌入式實時操作系統(tǒng)，其高性能保證了ROV多任務(wù)的實時處理，并且穩(wěn)定性好，擴展性強；結(jié)構(gòu)簡明，各部分任務(wù)清晰，運行高效，并且任務(wù)層次分明，便于系統(tǒng)維護；本發(fā)明通用性好，可廣泛用于深海作業(yè)型ROV控制系統(tǒng)中。
【專利說明】—種深海作業(yè)型ROV控制系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于深海作業(yè)型ROV水下主控領(lǐng)域，具體涉及一種深海作業(yè)型ROV控制系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著深海作業(yè)型ROV技術(shù)的不斷成熟發(fā)展，已在水下考察、海洋工程、深海石油開發(fā)、軍事等方面得到了廣泛的應(yīng)用，深海作業(yè)型ROV技術(shù)已逐步走向市場。深海作業(yè)型ROV水下運動與作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，控制難度較大，控制系統(tǒng)的設(shè)計決定了其操控性能，控制系統(tǒng)的核心就是控制系統(tǒng)軟件。
[0003]深海作業(yè)型ROV水下控制系統(tǒng)要兼顧完成與水面控制系統(tǒng)通信，水下ROV狀態(tài)監(jiān)測，ROV運動與作業(yè)控制等任務(wù)，要求深海作業(yè)型ROV控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計要兼顧實時性、通用性、可擴展性。
[0004]目前，對于水下機器人單獨水下控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究較少。毛宇峰在文獻《水下機器人系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及避障控制技術(shù)研究》(哈爾濱工程大學(xué)，2010年5月)中提出水下機器人控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)主要分三類，分別是分層遞階體系結(jié)構(gòu)、反應(yīng)式體系結(jié)構(gòu)(又稱為基于行為體系結(jié)構(gòu))、混合體系結(jié)構(gòu)。當(dāng)前大多數(shù)水下機器人特別是自主性能不強的ROV仍然應(yīng)用分層遞階體系結(jié)構(gòu)，即水下機器人首先感知外部環(huán)境，然后規(guī)劃下個動作，最后執(zhí)行這個動作(感知、規(guī)劃、執(zhí)行，循環(huán))。深海作業(yè)型ROV水下作業(yè)時任務(wù)規(guī)劃較為復(fù)雜，水面部分完成即可，因此以上三種結(jié)構(gòu)體系對于深海作業(yè)型ROV有許多不合適之處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有水下機器人控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計的不足，提供一種深海作業(yè)型ROV控制系統(tǒng)，本發(fā)明的目的還在于提供一種深海作業(yè)型ROV控制方法。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0007]—種深海作業(yè)型ROV控制系統(tǒng)，包括監(jiān)控層、控制層、執(zhí)行層、公共數(shù)據(jù)層，監(jiān)控層分為信息處理模塊、設(shè)備通信模塊、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控模塊；控制層包括資源分配模塊、任務(wù)決策模塊、任務(wù)控制模塊、指令輸出模塊；監(jiān)控層與各設(shè)備通信采用CAN總線和串行方式，與水面設(shè)備采用網(wǎng)絡(luò)方式通信，監(jiān)控層完成通信與數(shù)據(jù)處理任務(wù)，實時接收捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)、多普勒測速儀、深度計、高度計、電源、推進器、水下作業(yè)設(shè)備的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，并且將監(jiān)控到姿態(tài)、速度、高度、深度以及作業(yè)設(shè)備工作參數(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿嬖O(shè)備，同時接收水面主控發(fā)送的操縱指令；資源分配模塊完成配置、啟動、設(shè)定和管理任務(wù)，實現(xiàn)任務(wù)的入口函數(shù)、優(yōu)先級、規(guī)劃方法、運行周期信息動態(tài)地配置和管理，任務(wù)決策模塊用于辨識輸入的控制指令，任務(wù)控制模塊包含ROV動態(tài)運動，穩(wěn)態(tài)閉環(huán)、作業(yè)控制三種任務(wù)控制方案；執(zhí)行層控制指令接收和發(fā)送，分配推進器推力、機械手作業(yè)、控制照明設(shè)備；公共數(shù)據(jù)層用于各層中的模塊間的信息交換與共享用于存儲全局變量，包含傳感器數(shù)據(jù)、設(shè)備警報數(shù)據(jù)、作業(yè)參數(shù)，公共數(shù)據(jù)層分布于主控計算機以及各設(shè)備控制器上，由CAN總線或串行通訊線連接。[0008]深海作業(yè)型ROV控制方法:
[0009](I)系統(tǒng)開始后，進行系統(tǒng)全局變量的初始化；
[0010](2)開啟傳感器實時采集進程，不斷采集ROV各傳感器、電源、推進器、機械臂、輔助設(shè)備的狀態(tài)信息，判斷水下設(shè)備是否有故障，或ROV下潛深度是否超過警戒值，若有一種情形發(fā)生就判斷為緊急情況，并且發(fā)送給上位機進行報警后進入緊急情況處理進程；
[0011 ] 若水下設(shè)備運行正常，同時深度在警戒范圍內(nèi)，則進行輸入指令判斷，控制指令自動控制，控制情況則調(diào)用對應(yīng)任務(wù)分配方案，進行相應(yīng)控制算法的ROV控制；
[0012]通過接收到的傳感器信息判斷ROV狀態(tài)，一旦ROV進入緊急情況進程，則進行如下控制:
[0013]判斷ROV是否有設(shè)備故障，若沒有，則是下潛深度超過警戒線，通知水面設(shè)備，人為控制上浮，若有設(shè)備故障，則設(shè)備斷電，并且判斷是否垂推電機故障；
[0014]若垂推電機發(fā)生故障，則斷電后靠浮力浮出水面，若垂推電機沒有故障，則操控垂推電機浮出水面。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:
[0016](I)本發(fā)明應(yīng)用VxWorks嵌入式實時操作系統(tǒng)，其高性能保證了 ROV多任務(wù)的實時處理，并且穩(wěn)定性好，擴展性強；
[0017](2)本發(fā)明分為四部分，結(jié)構(gòu)簡明，各部分任務(wù)清晰，運行高效，并且任務(wù)層次分明，便于系統(tǒng)維護；
[0018](3)本發(fā)明主控系統(tǒng)利用CAN總線方式與各個分系統(tǒng)通信，系統(tǒng)工作效率，可擴展性強，當(dāng)外部添加新的設(shè)備時，只需將設(shè)備接入CAN總線網(wǎng)絡(luò)，運行設(shè)備驅(qū)動，同時將本發(fā)明控制軟件軟件進行硬件任務(wù)功能設(shè)定即可；
[0019](4)本發(fā)明通用性好，可廣泛用于深海作業(yè)型ROV控制系統(tǒng)中；
[0020](5)本發(fā)明克服傳統(tǒng)ROV智能自主性低的問題，水面進行任務(wù)規(guī)劃，便可實現(xiàn)自主控制，具有較高智能性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2是本發(fā)明任務(wù)控制的基本流程圖。
[0023]圖3是本發(fā)明詳細程序框圖。
[0024]圖4是本發(fā)明運動控制流程圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步描述:
[0026]本發(fā)明提供一種深海作業(yè)型ROV控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)和控制方法，該結(jié)構(gòu)適用于基于VxWorks實時嵌入式系統(tǒng)的ROV控制系統(tǒng)，分為監(jiān)控層、控制層、執(zhí)行層、數(shù)據(jù)管理層四部分:監(jiān)控層用于監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)和ROV設(shè)備狀態(tài)并且完成數(shù)據(jù)通信；控制層和執(zhí)行層一起完成ROV的運動和水下作業(yè)控制；數(shù)據(jù)管理層用于存儲ROV系統(tǒng)全局變量。ROV控制系統(tǒng)軟件還包含了:基于ROV任務(wù)控制流程的控制方法；表征為VxWorks嵌入式軟件程序中任務(wù)函數(shù)(Task)形式的運行的ROV詳細任務(wù)進程；R0V運動控制和穩(wěn)定控制方法。[0027]深海作業(yè)型ROV控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)和控制方法，采用基于VxWorks操作系統(tǒng)的嵌入式實時控制系統(tǒng)軟件，軟件結(jié)構(gòu)分成監(jiān)控層、控制層、執(zhí)行層、公共數(shù)據(jù)層四部分。主要完成的任務(wù)有:與各個傳感器、推進型、機械臂以及水面設(shè)備進行數(shù)據(jù)通信；傳感器數(shù)據(jù)處理、運動以及作業(yè)控制。
[0028]監(jiān)控層分為信息處理模塊、設(shè)備通信模塊、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控模塊。主要完成通信與數(shù)據(jù)處理任務(wù)。監(jiān)控層與各設(shè)備通信采用CAN總線和串行方式，與水面設(shè)備采用網(wǎng)絡(luò)方式通?目。
[0029]控制層是深海作業(yè)型ROV控制系統(tǒng)軟件的核心，分為資源分配、任務(wù)決策、任務(wù)控制、指令輸出四個模塊。資源分配模塊完成配置，啟動，設(shè)定和管理任務(wù)。實現(xiàn)各個任務(wù)的入口函數(shù)、優(yōu)先級、規(guī)劃方法、運行周期信息動態(tài)地配置和管理。任務(wù)決策用于辨識輸入的控制指令，任務(wù)分割為深海作業(yè)型ROV穩(wěn)態(tài)、動態(tài)、作業(yè)。判斷任務(wù)是否執(zhí)行，以及執(zhí)行優(yōu)先權(quán)。任務(wù)控制包含ROV動態(tài)運動，穩(wěn)態(tài)閉環(huán)、作業(yè)控制三種任務(wù)控制方案。
[0030]執(zhí)行層主要是控制指令接收和發(fā)送，完成推進器推力分配、機械手作業(yè)、照明設(shè)備控制。
[0031]公共數(shù)據(jù)層用于該體系結(jié)構(gòu)各層中的模塊間的信息交換與共享用于存儲全局變量，包含傳感器數(shù)據(jù)、各 設(shè)備警報數(shù)據(jù)、作業(yè)參數(shù)等。它分布于主控計算機以及各設(shè)備控制器上，由CAN總線或串行通訊線連接。
[0032]深海作業(yè)型ROV控制方法，包括ROV任務(wù)控制的基本流程；
[0033]系統(tǒng)開始后，進行系統(tǒng)全局變量的初始化。
[0034]開啟傳感器實時采集進程，不斷采集ROV各傳感器、電源、推進器、機械臂、輔助設(shè)備等狀態(tài)信息。并且判斷水下設(shè)備是否有故障，或則ROV下潛深度是否超過警戒值，若有一種情形發(fā)生就判斷為緊急情況，并且發(fā)送給上位機進行報警后進入緊急情況處理進程。
[0035]若水下設(shè)備運行正常，同時深度在警戒范圍內(nèi)，則進行輸入指令判斷，ROV大部分運動也作業(yè)是操縱桿輸入，但也有指令輸入進行自主控制?？刂浦噶钭詣涌刂?，控制情況則調(diào)用對應(yīng)任務(wù)分配方案，進行相應(yīng)控制算法的ROV控制。
[0036]整個過程中，主控系統(tǒng)通過接收到的傳感器信息判斷ROV狀態(tài)，一旦ROV進入緊急情況進程，則進行如下控制:
[0037]判斷ROV是否有設(shè)備故障，若沒有，則是下潛深度超過警戒線，通知水面設(shè)備，人為控制上浮。若有設(shè)備故障，則相應(yīng)設(shè)備斷電，并且判斷是否垂推電機故障；
[0038]若垂推電機發(fā)生故障，則斷電后靠浮力浮出水面，若垂推電機沒有故障，則操控垂推電機浮出水面；
[0039]本發(fā)明采用基于VxWorks操作系統(tǒng)的嵌入式實時控制系統(tǒng)軟件，深海作業(yè)型ROV控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)分成監(jiān)控層、控制層、執(zhí)行層、數(shù)據(jù)管理層四部分。主要完成的任務(wù)有:與各個傳感器、推進型、機械臂以及水面設(shè)備進行數(shù)據(jù)通信；傳感器數(shù)據(jù)處理、運動以及作業(yè)控制。軟件結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
[0040]監(jiān)控層分為信息處理模塊、設(shè)備通信模塊、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控模塊。主要完成通信與數(shù)據(jù)處理任務(wù)，即實時接收捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)、多普勒測速儀、深度計、高度計、電源、推進器、水下作業(yè)設(shè)備等實時狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，并且將監(jiān)控到姿態(tài)、速度、高度、深度以及作業(yè)設(shè)備工作參數(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿嬖O(shè)備，同時又接收水面主控發(fā)送的操縱指令。監(jiān)控層與各設(shè)備通信采用CAN總線和串行方式，與水面設(shè)備采用網(wǎng)絡(luò)方式通信。
[0041]控制層是深海作業(yè)型ROV控制系統(tǒng)軟件的核心，分為資源分配、任務(wù)決策、任務(wù)控制、指令輸出四個模塊。資源分配模塊完成配置，啟動，設(shè)定和管理任務(wù)。實現(xiàn)各個任務(wù)的入口函數(shù)、優(yōu)先級、規(guī)劃方法、運行周期信息動態(tài)地配置和管理。任務(wù)決策用于辨識輸入的控制指令，任務(wù)分割為深海作業(yè)型ROV穩(wěn)態(tài)、動態(tài)、作業(yè)。判斷任務(wù)是否執(zhí)行，以及執(zhí)行優(yōu)先權(quán)。任務(wù)控制包含ROV動態(tài)運動，穩(wěn)態(tài)閉環(huán)、作業(yè)控制三種任務(wù)控制方案。動態(tài)運動主要是指直航、側(cè)移、上浮、下潛運動；穩(wěn)態(tài)閉環(huán)包括定傾角，定航向、定深、定高以及零橫滾角穩(wěn)定回路；水下作業(yè)控制是指分析水面主控對于作業(yè)設(shè)備的操控指令信息，包含機械臂、照明設(shè)備以及其他輔助設(shè)備。
[0042]執(zhí)行層主要是控制指令接收和發(fā)送，完成推進器推力分配、機械手作業(yè)、照明設(shè)備控制。
[0043]公共數(shù)據(jù)層用于該體系結(jié)構(gòu)各層中的模塊間的信息交換與共享用于存儲全局變量，包含傳感器數(shù)據(jù)、各設(shè)備警報數(shù)據(jù)、作業(yè)參數(shù)等。它分布于主控計算機以及各設(shè)備控制器上，由CAN總線或串行通訊線連接。
[0044]ROV控制系統(tǒng)軟件進行任務(wù)控制的基本流程，如圖2所示。
[0045]系統(tǒng)開始后，進行系統(tǒng)全局變量的初始化。
[0046]開啟傳感器實時采集進程，不斷采集ROV各傳感器、電源、推進器、機械臂、輔助設(shè)備等狀態(tài)信息。并且判斷水下設(shè)備是否有故障，或則ROV下潛深度是否超過警戒值，若有一種情形發(fā)生就判斷為緊急情況，并且發(fā)送給上位機進行報警后進入緊急情況處理進程。
[0047]若水下設(shè)備運行正常，同時深度在警戒范圍內(nèi)，則進行輸入指令判斷，ROV大部分運動也作業(yè)是操縱桿輸入，但也有指令輸入進行自主控制?？刂浦噶钭詣涌刂疲刂魄闆r則調(diào)用對應(yīng)任務(wù)分配方案，進行相應(yīng)控制算法的ROV控制。
[0048]整個過程中，主控系統(tǒng)通過接收到的傳感器信息判斷ROV狀態(tài)，一旦ROV進入緊急情況進程，則進行如下控制:
[0049]判斷ROV是否有設(shè)備故障，若沒有，則是下潛深度超過警戒線，通知水面設(shè)備，人為控制上浮。若有設(shè)備故障，則相應(yīng)設(shè)備斷電，并且判斷是否垂推電機故障；
[0050]若垂推電機發(fā)生故障，則斷電后靠浮力浮出水面，若垂推電機沒有故障，則操控垂推電機浮出水面；
[0051]深海作業(yè)型ROV所有的任務(wù)表征在VxWorks嵌入式軟件程序進程中是以任務(wù)函數(shù)(Task)形式運行，ROV控制系統(tǒng)嵌入式軟件程序詳細運行方式，如圖3所示。
[0052]將ROV控制系統(tǒng)軟件進程以VxWorks中任務(wù)函數(shù)的形式，模塊I為ROV監(jiān)控任務(wù)，模塊2為ROV控制任務(wù)，模塊3為ROV執(zhí)行任務(wù)，任務(wù)函數(shù)后邊的數(shù)字代表了任務(wù)優(yōu)先級。
[0053]模塊I負責(zé)接收傳感器數(shù)據(jù)并且放入公共數(shù)據(jù)區(qū)。模塊2中任務(wù)為控制軟件系統(tǒng)的核心，參與通信，ROV運動與作業(yè)控制任務(wù)。模塊3為執(zhí)行設(shè)備，它不存在與主控系統(tǒng)中，是為了組成整個順時針任務(wù)數(shù)據(jù)環(huán)流而把實際系統(tǒng)抽象出來的任務(wù)，實際系統(tǒng)中的推進器和作業(yè)設(shè)備，負責(zé)接收主控器的控制命令，并且被監(jiān)控層傳感器監(jiān)控狀態(tài)。
[0054]深海作業(yè)型ROV水下作業(yè)等任務(wù)是以優(yōu)秀的運動控制性能和穩(wěn)態(tài)性能為基礎(chǔ)。運動控制和穩(wěn)定性控制主要是由控制層和執(zhí)行層完成，本發(fā)明提供一種用于ROV運動控制和穩(wěn)定控制方法，如圖4所示。[0055]將監(jiān)控層的指令進行分析，根據(jù)指令進行任務(wù)決策，確定下一步進行的控制內(nèi)容，將任務(wù)進行分割。步驟如下:
[0056]當(dāng)用操縱桿或指令進行操控ROV運動時，只需進行定傾角任務(wù)和零橫搖角任務(wù)閉環(huán)控制，其他任務(wù)進行開環(huán)控制。通過直接接受指令按指令進行推力分配，推動ROV運動。
[0057]當(dāng)ROV進行水下作業(yè)時，需要較強的靜態(tài)穩(wěn)定性，ROV控制系統(tǒng)分別按照定航向、定深、定高、零傾角、零橫滾角的任務(wù)優(yōu)先順序進行閉環(huán)控制，保證姿態(tài)、深度、高度的穩(wěn)定。
[0058]當(dāng)ROV進行水下自主運動時，ROV依照預(yù)定任務(wù)，逐次進行單獨的閉環(huán)控制。
[0059]本發(fā)明目的針對現(xiàn)有水下機器人控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計的不足，提供一種深海作業(yè)型ROV控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)，用于實現(xiàn)深海作業(yè)型ROV控制，更適用于深海作業(yè)型R0V。
[0060]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0061]本發(fā)明采用基于VxWorks操作系統(tǒng)的嵌入式實時控制系統(tǒng)軟件，深海作業(yè)型ROV控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)分成監(jiān)控層、控制層、執(zhí)行層、數(shù)據(jù)管理層四部分。主要完成的任務(wù)有:與各個傳感器、推進型、機械臂以及水面設(shè)備進行數(shù)據(jù)通信；傳感器數(shù)據(jù)處理、運動以及作業(yè)控制。軟件結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
[0062]監(jiān)控層分為信息處理模塊、設(shè)備通信模塊、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控模塊。主要完成通信與數(shù)據(jù)處理任務(wù)，即實時接收捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)、多普勒測速儀、深度計、高度計、電源、推進器、水下作業(yè)設(shè)備等實時狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，并且將監(jiān)控到姿態(tài)、速度、高度、深度以及作業(yè)設(shè)備工作參數(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿嬖O(shè)備，同時又接收水面主控發(fā)送的操縱指令。監(jiān)控層與各設(shè)備通信采用CAN總線和串行方式，與水面設(shè)備采用網(wǎng)絡(luò)方式通信。
[0063]控制層是深海作業(yè)型ROV控制系統(tǒng)軟件的核心，分為資源分配、任務(wù)決策、任務(wù)控制、指令輸出四個模塊。資源分配模塊完成配置，啟動，設(shè)定和管理任務(wù)。實現(xiàn)各個任務(wù)的入口函數(shù)、優(yōu)先級、規(guī)劃方法、運行周期信息動態(tài)地配置和管理。任務(wù)決策用于辨識輸入的控制指令，任務(wù)分割為深海作業(yè)型ROV穩(wěn)態(tài)、動態(tài)、作業(yè)。判斷任務(wù)是否執(zhí)行，以及執(zhí)行優(yōu)先權(quán)。任務(wù)控制包含ROV動態(tài)運動，穩(wěn)態(tài)閉環(huán)、作業(yè)控制三種任務(wù)控制方案。動態(tài)運動主要是指直航、側(cè)移、上浮、下潛運動；穩(wěn)態(tài)閉環(huán)包括定傾角，定航向、定深、定高以及零橫滾角穩(wěn)定回路；水下作業(yè)控制是指分析水面主控對于作業(yè)設(shè)備的操控指令信息，包含機械臂、照明設(shè)備以及其他輔助設(shè)備。
[0064]執(zhí)行層主要是控制指令接收和發(fā)送，完成推進器推力分配、機械手作業(yè)、照明設(shè)備控制。
[0065]公共數(shù)據(jù)層用于該體系結(jié)構(gòu)各層中的模塊間的信息交換與共享用于存儲全局變量，包含傳感器數(shù)據(jù)、各設(shè)備警報數(shù)據(jù)、作業(yè)參數(shù)等。它分布于主控計算機以及各設(shè)備控制器上，由CAN總線或串行通訊線連接。
[0066]ROV控制系統(tǒng)軟件進行任務(wù)控制的基本流程，如圖2所示。
[0067]系統(tǒng)開始后，進行系統(tǒng)全局變量的初始化。
[0068]開啟傳感器實時采集進程，不斷采集ROV各傳感器、電源、推進器、機械臂、輔助設(shè)備等狀態(tài)信息。并且判斷水下設(shè)備是否有故障，或則ROV下潛深度是否超過警戒值，若有一種情形發(fā)生就判斷為緊急情況，并且發(fā)送給上位機進行報警后進入緊急情況處理進程。
[0069]若水下設(shè)備運行正常，同時深度在警戒范圍內(nèi)，則進行輸入指令判斷，ROV大部分運動也作業(yè)是操縱桿輸入，但也有指令輸入進行自主控制?？刂浦噶钭詣涌刂?，控制情況則調(diào)用對應(yīng)任務(wù)分配方案，進行相應(yīng)控制算法的ROV控制。
[0070]整個過程中，主控系統(tǒng)通過接收到的傳感器信息判斷ROV狀態(tài)，一旦ROV進入緊急情況進程，則進行如下控制:
[0071]判斷ROV是否有設(shè)備故障，若沒有，則是下潛深度超過警戒線，通知水面設(shè)備，人為控制上浮。若有設(shè)備故障，則相應(yīng)設(shè)備斷電，并且判斷是否垂推電機故障；
[0072]若垂推電機發(fā)生故障，則斷電后靠浮力浮出水面，若垂推電機沒有故障，則操控垂推電機浮出水面；
[0073]深海作業(yè)型ROV所有的任務(wù)表征在VxWorks嵌入式軟件程序進程中是以任務(wù)函數(shù)(Task)形式運行，ROV控制系統(tǒng)嵌入式軟件程序詳細運行方式，如圖3所示。
[0074]將ROV控制系統(tǒng)軟件進程以VxWorks中任務(wù)函數(shù)的形式，模塊I為ROV監(jiān)控任務(wù)，模塊2為ROV控制任務(wù)，模塊3為ROV執(zhí)行任務(wù)，任務(wù)函數(shù)后邊的數(shù)字代表了任務(wù)優(yōu)先級。
[0075]模塊I負責(zé)接收傳感器數(shù)據(jù)并且放入公共數(shù)據(jù)區(qū)。模塊2中任務(wù)為控制軟件系統(tǒng)的核心，參與通信，ROV運動與作業(yè)控制任務(wù)。模塊3為執(zhí)行設(shè)備，它不存在與主控系統(tǒng)中，是為了組成整個順時針任務(wù)數(shù)據(jù)環(huán)流而把實際系統(tǒng)抽象出來的任務(wù)，實際系統(tǒng)中的推進器和作業(yè)設(shè)備，負責(zé)接收主控器的控制命令，并且被監(jiān)控層傳感器監(jiān)控狀態(tài)。
[0076]深海作業(yè)型ROV水下作業(yè)等任務(wù)是以優(yōu)秀的運動控制性能和穩(wěn)態(tài)性能為基礎(chǔ)。運動控制和穩(wěn)定性控制主要是由控制層和執(zhí)行層完成，本發(fā)明提供一種用于ROV運動控制和穩(wěn)定控制方法，如圖4所示。
[0077]將監(jiān)控層的指令進行分析，根據(jù)指令進行任務(wù)決策，確定下一步進行的控制內(nèi)容，將任務(wù)進行分割。步驟如下:
[0078]當(dāng)用操縱桿或指令進行操控ROV運動時，只需進行定傾角任務(wù)和零橫搖角任務(wù)閉環(huán)控制，其他任務(wù)進行開環(huán)控制。通過直接接受指令按指令進行推力分配，推動ROV運動。
[0079]當(dāng)ROV進行水下作業(yè)時，需要較強的靜態(tài)穩(wěn)定性，ROV控制系統(tǒng)分別按照定航向、定深、定高、零傾角、零橫滾角的任務(wù)優(yōu)先順序進行閉環(huán)控制，保證姿態(tài)、深度、高度的穩(wěn)定。
[0080]當(dāng)ROV進行水下自主運動時，ROV依照預(yù)定任務(wù)，逐次進行單獨的閉環(huán)控制。
【權(quán)利要求】
1.一種深海作業(yè)型ROV控制系統(tǒng)，包括監(jiān)控層、控制層、執(zhí)行層、公共數(shù)據(jù)層，其特征在于:監(jiān)控層分為信息處理模塊、設(shè)備通信模塊、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控模塊；控制層包括資源分配模塊、任務(wù)決策模塊、任務(wù)控制模塊、指令輸出模塊；監(jiān)控層與各設(shè)備通信采用CAN總線和串行方式，與水面設(shè)備采用網(wǎng)絡(luò)方式通信，監(jiān)控層完成通信與數(shù)據(jù)處理任務(wù)，實時接收捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)、多普勒測速儀、深度計、高度計、電源、推進器、水下作業(yè)設(shè)備的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，并且將監(jiān)控到姿態(tài)、速度、高度、深度以及作業(yè)設(shè)備工作參數(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿嬖O(shè)備，同時接收水面主控發(fā)送的操縱指令；資源分配模塊完成配置、啟動、設(shè)定和管理任務(wù)，實現(xiàn)任務(wù)的入口函數(shù)、優(yōu)先級、規(guī)劃方法、運行周期信息動態(tài)地配置和管理，任務(wù)決策模塊用于辨識輸入的控制指令，任務(wù)控制模塊包含ROV動態(tài)運動，穩(wěn)態(tài)閉環(huán)、作業(yè)控制三種任務(wù)控制方案；執(zhí)行層控制指令接收和發(fā)送，分配推進器推力、機械手作業(yè)、控制照明設(shè)備；公共數(shù)據(jù)層用于各層中的模塊間的信息交換與共享用于存儲全局變量，包含傳感器數(shù)據(jù)、設(shè)備警報數(shù)據(jù)、作業(yè)參數(shù)，公共數(shù)據(jù)層分布于主控計算機以及各設(shè)備控制器上，由CAN總線或串行通訊線連接。
2.一種深海作業(yè)型ROV控制方法，其特征在于: (1)系統(tǒng)開始后，進行系統(tǒng)全局變量的初始化； (2)開啟傳感器實時采集進程，不斷采集ROV各傳感器、電源、推進器、機械臂、輔助設(shè)備的狀態(tài)信息，判斷水下設(shè)備是否有故障，或ROV下潛深度是否超過警戒值，若有一種情形發(fā)生就判斷為緊急情況，并且發(fā)送給上位機進行報警后進入緊急情況處理進程； 若水下設(shè)備運行正常，同時深度在警戒范圍內(nèi)，則進行輸入指令判斷，控制指令自動控制，控制情況則調(diào)用對應(yīng)任務(wù)分配方案，進行相應(yīng)控制算法的ROV控制； 通過接收到的傳感器信息判斷ROV狀態(tài)，一旦ROV進入緊急情況進程，則進行如下控制: 判斷ROV是否有設(shè)備故障，若沒有，則是下潛深度超過警戒線，通知水面設(shè)備，人為控制上浮，若有設(shè)備故障，則設(shè)備斷電，并且判斷是否垂推電機故障； 若垂推電機發(fā)生故障，則斷電后靠浮力浮出水面，若垂推電機沒有故障，則操控垂推電機浮出水面。
【文檔編號】G05B19/418GK103941685SQ201410145908
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】魏延輝, 杜振振, 高延濱, 周衛(wèi)祥, 何爽, 韓寒, 王澤鵬, 劉鑫, 胡佳興, 賈獻強 申請人:哈爾濱工程大學(xué)