高性能水域无人巡查装置电机控制系统的 应用设计

    方佳韵，钟敏

(上海电器科学研究所(集团)有限公司，上海200063)

摘要：近年来，无人驾驶近海巡查装置的研究已成为热点，该装置具有机动性能好、推进效率高、节约能耗等优点，可应用于近岸巡逻、海洋资源勘察与开发、海洋救险及打捞等。以高性能水域无人巡查装置为研究对象，设计置用于该装置的电机控制系统。结合导航系统数据，能满足船舶无人驾驶、自动航行、定点巡逻、防碰撞的应用需求。

    关键词：无人驾驶；远程遥控；电机控制

    中图分类号：TM 301 2文献标志码：A文章编号：167345540(2010)05 0046 03

0  引  言

    在国际上，无人驾驶近海巡查装置目前已成为研究热点，该装置体积小、灵活性好，无论在民用还是军事方面都有广泛应用。

本文介绍的高性能水上无人巡查装置与国内研发的水域探测器不同，其采用先进的无线通信技术，覆盖范同广，工作区域大，具有灵活性好、智能化程度高、可以有效增大信息获取半径、适宜水域行动等特点，可与控制巾心交互联动形成完整的监控系统，在现代近岸的侦查、监视等应用中具有越来越广泛的用途，对于提高水域技防于段，应对突发事件有着重大的现实意义：

1  设计目标

    术文介绍的高性能水上无人巡矗装置需要具有三种不同的操作模式：有人驾驶、远程遥控和无人自动驾驶有人驾驶是指人工控制巡查装置，该模式只用于紧急状态，通过驾驶员操纵(紧急机械控制)和就地操纵(维护人员电动控制)实现；远程遥控是指通过无线的方式接收控制中心信号来控制船的动作，并将船舶运行状态传到控制中心；无人自动驾驶是最为智能化的操作模式，在无人装置上安装自动导航设备，控制系统根据设定轨迹自动驾驶，实现自动巡逻、自动避碰功能。本文介绍的巡查装置为直流电动推进设备，采用48 V蓄电池供电，带动永磁无刷直流电动机，采用双线绝缘系统，电源采用免维护铅酸蓄电池。

    设计阶段分为系统整体设计、硬件设计、通信设计和软件设计四个部分。系统整体设计提供系统的整体设计描述；硬件设计实现系统功能所需要的硬件；通信设计规定系统内数据通信方式；软件功能没计包含人机交互系统、仿真拟系统和虚拟仪表设计等。

    预期达到的技术指标如下：

    (1)自航移动速度(4节)>2m／s(****是大于3m／s)；

    (2)最小转弯半径为10 m；

    (3)续航时间>8 h(定点状态：24 h)；

    (4)最远距离>40 km(作业半径)，****距离为100 km；

    (5)定位方式为全球定位系统(GPs)+惯性导航(可浅航定位)；

    (6)噪声(工作情况下)为40 dB；

    (7)有失踪自浮；

    (8)姿态控制为自动，遥控；

    (9)定位精度为10％航程(GPs+惯导)；

    (10)重量为l 200kg；

    (11)观察与联络平台高度(观察和遥控模式)>2．5m；

    (12)稳性满足内河船稳性规范对B级类航区的要求。

2基本设计概念和处理流程

    整个系统包括水上控制系统和监控中心系统两部分。

    水上监控系统组成如下：硬件由可编程逻辑控制器(PLc)和采集模块组成，PLc有三个通信口，分别与船上人机界面、AIs和M—PORT通信；软件上PLc采用SIMATIC Step7 Micfcrowin sP3V4 O编程序。控制模块包括：舵机控制单元，左右推进器控制单元，信号灯控制单元，探照灯控制单元，喇叭控制单元，船舱温度控制单元；电量采集单元，包括对48 v和24 v供电系统的电压电流进行检测；AIs通信单元采用自动通信防议对AIs和雷达信号进行采集；监控中心通信单元采用MODBus RTu通信协议；船上监控单元集中显示各系统数据通信协议PPI西议。

    集控中心系统组成如下：硬件由模拟驾驶盘和计算机组成，模拟驾驶盘通过方向盘控制船的运行方向，左有油门控制前进、后退及运行速度；软件中模拟驾驶盘通过uSB口与计算机相连，通过vc+十6．O软件编写触摸通信软件，并将数据传给监控软件。

    计算机监控软件通过MPORT串口与船上PLc进行串口通信，实现人际交互功能，画面设计