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专利号: 2019110064642
申请人: 镇江市高等专科学校
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种半潜式无人艇航向角和深度驱动装置,其特征在于:包括安装在无人艇前部位置的深度控制机构、安装在无人艇中部位置的航向角和深度控制驱动模块以及安装在无人艇尾部位置的航向角控制机构;所述航向角控制机构包括方向舵直线电机(17)、能够由方向舵直线电机(17)驱动同步动作的上连接轴(23)和下连接轴(24)以及安装在上连接轴(23)上的上方向舵舵叶(25)和安装在下连接轴(24)上的下方向舵舵叶(26);所述深度控制机构包括升降舵直线电机(27)、安装有升降舵滑块(28)的丝杠滑轨以及位于升降舵直线电机(27)上方的能够同步转动的左升降舵叶(29)和右升降舵舵叶(30),所述航向角和深度控制驱动模块(2)能够对方向舵直线电机(17)和升降舵直线电机(27)进行控制。

2.按照权利要求1所述的半潜式无人艇航向角和深度驱动装置,其特征在于:所述方向舵直线电机(17)与一个安装有方向舵滑块(20)的丝杠滑轨配合并能够带动方向舵滑块(20)在丝杠滑轨上往复运动,所述方向舵滑块(20)上安装有拨叉(18)以及与拨叉配合的摇杆(19),所述摇杆(19)上固定安装有U型曲轴(22),所述上连接轴(23)和下连接轴(24)一体设置,所述U型曲轴(22)安装在上连接轴(23)和下连接轴(24)之间。

3.按照权利要求1或2所述的半潜式无人艇航向角和深度驱动装置,其特征在于:所述升降舵直线电机(27)与升降舵滑块(28)配合安装并能够带动升降舵滑块(28)在丝杠滑轨上往复运动,所述左升降舵叶(29)和右升降舵舵叶(30)通过升降舵滑块(28)在丝杠滑轨上往复运动并通过转舵结构带动转动。

4.按照权利要求3所述的半潜式无人艇航向角和深度驱动装置,其特征在于:所述升降舵直线电机(27)安装在升降舵的底座上,所述升降舵的底座上布置有多个用于记录升降舵滑块(28)运动的位置的红外光电开关。

5.按照权利要求2所述的半潜式无人艇航向角和深度驱动装置,其特征在于:所述方向舵直线电机(17)安装在方向舵的底座上,所述方向舵的底座上布置有多个用于记录方向舵滑块(20)运动的位置的红外光电开关。

6.一种半潜式无人艇航向角和深度控制系统,其特征在于:包括PLC控制器(4)、方向舵直线电机驱动器(5)、升降舵直线电机驱动器(6)、方向位置控制模块(7)、升降位置控制模块(8)以及姿态传感器(16)、深度传感器(16)和电池单元,所述方向舵直线电机(17)与方向舵电机驱动器(5)通过信号线连接;所述升降舵直线电机(27)与升降舵电机驱动器(6)通过信号线连接;所述PLC控制器(4)上集成有PWM输出模块、数字量信号输入输出模块、ADC模拟信号输入输出模块以及串口通讯模块;所述PWM输出模块与方向舵直线电机驱动器(5)和升降舵直线电机驱动器(6)通过信号线相连,所述ADC模拟信号输入输出模块与姿态传感器(15)和深度传感器(16)通过信号线相连,所述数字量信号输入输出模块与各个红外光电开关通过信号线相连;所述串口通讯模块通过通讯线与上位PC机实现通讯,从而能够接收上位PC机的指令并反馈PLC控制器(4)的实时数据。

7.一种基于半潜式无人艇航向角和深度控制系统的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤(1):控制系统上电后,初始化,初始化过程中,使PLC控制器(4)初始化、方向位置控制模块(7)、升降位置控制模块(8)初始化以及航向角控制机构和深度控制机构归零动作;

步骤(2):控制系统读取无人艇期望的航向和航行深度目标,并将目标数据转换为具体时刻下的方向舵转舵和升降舵转舵角度;

步骤(3):判断无人艇转舵后是否达到目标航向,如果没有达到目标航向,立即调用PLC控制器(4)中航向参数,驱动方向舵直线电机(17)转动,进而推动上方向舵舵叶(25)和下方向舵舵叶(26)的摆动,使得无人艇的航向发生变化,直至达到目标航向,当无人艇达到期望的航向后,进一步判断航行深度是否达到指令要求的目标;

步骤(4):判断无人艇航行深度未达到指令要求后,系统同样调用PLC控制器(4)中的深度参数,驱动升降舵直线电机(27)转动,进而推动左升降舵叶(29)和右升降舵舵叶(30)的转动,调整左升降舵叶(29)和右升降舵舵叶(30)角度,直至达到目标航行深度;

按照权利要求7所述的基于半潜式无人艇航向角和深度控制系统的控制方法,其特征在于:所述航向参数和深度参数的设定步骤如下:首先,控制系统将无人艇的目标航向角SP(t)和航行深度值SB(t)发送给无人艇上的PLC控制器(4),PLC控制器(4)的程序中预先设定控制死区△P、初始比例增益 、积分系数 、微分系数 ;姿态传感器(15)和深度传感器(16)实时测量无人艇实际航向角PV(t)和实际深度值PB(t),当航向角或航行深度大于或小于设定的目标值时,方向舵直线电机(17)、升降舵直线电机(27)动作,重复迭代完成目标航向角和航行深度的跟踪控制。