高性能水域無人巡查裝置電機控制系統的 應用設計

    方佳韻，鐘敏

(上海電器科學研究所(集團)有限公司，上海200063)

摘要：近年來，無人駕駛近海巡查裝置的研究已成為熱點，該裝置具有機動性能好、推進效率高、節約能耗等優點，可應用于近岸巡邏、海洋資源勘察與開發、海洋救險及打撈等。以高性能水域無人巡查裝置為研究對象，設計置用于該裝置的電機控制系統。結合導航系統數據，能滿足船舶無人駕駛、自動航行、定點巡邏、防碰撞的應用需求。

    關鍵詞：無人駕駛；遠程遙控；電機控制

    中圖分類號：TM 301 2文獻標志碼：A文章編號：167345540(2010)05 0046 03

0  引  言

    在國際上，無人駕駛近海巡查裝置目前已成為研究熱點，該裝置體積小、靈活性好，無論在民用還是軍事方面都有廣泛應用。

本文介紹的高性能水上無人巡查裝置與國內研發的水域探測器不同，其采用先進的無線通信技術，覆蓋范同廣，工作區域大，具有靈活性好、智能化程度高、可以有效增大信息獲取半徑、適宜水域行動等特點，可與控制巾心交互聯動形成完整的監控系統，在現代近岸的偵查、監視等應用中具有越來越廣泛的用途，對于提高水域技防于段，應對突發事件有著重大的現實意義：

1  設計目標

    術文介紹的高性能水上無人巡矗裝置需要具有三種不同的操作模式：有人駕駛、遠程遙控和無人自動駕駛有人駕駛是指人工控制巡查裝置，該模式只用于緊急狀態，通過駕駛員操縱(緊急機械控制)和就地操縱(維護人員電動控制)實現；遠程遙控是指通過無線的方式接收控制中心信號來控制船的動作，并將船舶運行狀態傳到控制中心；無人自動駕駛是最為智能化的操作模式，在無人裝置上安裝自動導航設備，控制系統根據設定軌跡自動駕駛，實現自動巡邏、自動避碰功能。本文介紹的巡查裝置為直流電動推進設備，采用48 V蓄電池供電，帶動永磁無刷直流電動機，采用雙線絕緣系統，電源采用免維護鉛酸蓄電池。

    設計階段分為系統整體設計、硬件設計、通信設計和軟件設計四個部分。系統整體設計提供系統的整體設計描述；硬件設計實現系統功能所需要的硬件；通信設計規定系統內數據通信方式；軟件功能沒計包含人機交互系統、仿真擬系統和虛擬儀表設計等。

    預期達到的技術指標如下：

    (1)自航移動速度(4節)>2m／s(****是大于3m／s)；

    (2)最小轉彎半徑為10 m；

    (3)續航時間>8 h(定點狀態：24 h)；

    (4)最遠距離>40 km(作業半徑)，****距離為100 km；

    (5)定位方式為全球定位系統(GPs)+慣性導航(可淺航定位)；

    (6)噪聲(工作情況下)為40 dB；

    (7)有失蹤自浮；

    (8)姿態控制為自動，遙控；

    (9)定位精度為10％航程(GPs+慣導)；

    (10)重量為l 200kg；

    (11)觀察與聯絡平臺高度(觀察和遙控模式)>2．5m；

    (12)穩性滿足內河船穩性規范對B級類航區的要求。

2基本設計概念和處理流程

    整個系統包括水上控制系統和監控中心系統兩部分。

    水上監控系統組成如下：硬件由可編程邏輯控制器(PLc)和采集模塊組成，PLc有三個通信口，分別與船上人機界面、AIs和M—PORT通信；軟件上PLc采用SIMATIC Step7 Micfcrowin sP3V4 O編程序。控制模塊包括：舵機控制單元，左右推進器控制單元，信號燈控制單元，探照燈控制單元，喇叭控制單元，船艙溫度控制單元；電量采集單元，包括對48 v和24 v供電系統的電壓電流進行檢測；AIs通信單元采用自動通信防議對AIs和雷達信號進行采集；監控中心通信單元采用MODBus RTu通信協議；船上監控單元集中顯示各系統數據通信協議PPI西議。

    集控中心系統組成如下：硬件由模擬駕駛盤和計算機組成，模擬駕駛盤通過方向盤控制船的運行方向，左有油門控制前進、后退及運行速度；軟件中模擬駕駛盤通過uSB口與計算機相連，通過vc+十6．O軟件編寫觸摸通信軟件，并將數據傳給監控軟件。

    計算機監控軟件通過MPORT串口與船上PLc進行串口通信，實現人際交互功能，畫面設計