一种反馈自检型水下滑翔器姿态调节装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种反馈自检型水下滑翔器姿态调节装置及控制方法。所述调节装置包括节装置包括主控制模块、驱动模块、姿态检测滑块、位置开关和步进电机；在姿态检测滑块的运动位置上设置位置限位点；在每一个限位点处均设置位置开关；所述主控制模块包括主控制器以及连接在主控制器上的时钟电路、程序下载电路、电源电路以及通信转接电路；所述驱动模块与所述主控制模块相连接。本发明专利技术通过固定位置点增加限位反馈，能够在每次动作时强制确定滑块位置从而确定其运动方向避免了通过状态量记录滑块位置所导致的运动混乱性，通过位置自检技术以及超时报警技术可以防止机械传动卡死，电机启动不良等问题，增加了系统的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水下航行器姿态调节技术，具体涉及一种反馈自检型水下滑翔器姿态调节装置及控制方法。
技术介绍
随着海洋监测设备技术的不断发展，水下滑翔器作为一种低功耗、长续航的水下无人监测设备，其技术也在不断的发展。水下滑翔器姿态调节装置是通过移动重块位置，来改变水下滑翔器重心，从而改变姿态，进而控制水下滑翔器的运行航向和通信姿态。在现有技术中，水下滑翔器姿态调节装置控制系统的设计一般采用集中控制型架构，即所有的控制信号以及反馈信号都来自一台中央计算机，该种方式结构紧凑，功耗低。但是对于水下滑翔器来说，其姿态调节系统离中央计算机较远，长距离的控制脉冲信号的传输会容易受到干扰，发生丢失脉冲的情况，不利于精确控制，同时，反馈检测、控制等任务都是交予中央计算机完成，不利于提高主机的实时性。在现有技术中，也有的控制系统是基于总线搭建，采用程序中带有通信方式的驱动器，该种技术的缺点在于功耗较大，主机对装置的运行情况了解较少，不利于提高系统的可靠性。
技术实现思路
针对目前现有技术的不足，本专利技术提出了一种反馈自检型水下滑翔器姿态调节装置及控制方法。该装置通过总线的方式与外部通信，利于提高抗干扰性。同时实时反馈自检与位置强校准技术提高装置的可靠性。可彻底解决现有技术中存在的问题。本专利技术的技术方案如下：一种反馈自检型水下滑翔器姿态调节装置，包括节装置包括主控制模块、驱动模块、姿态检测滑块、位置开关和步进电机；所述步进电机包括控制姿态检测滑块左右滑动的横倾步进电机和控制姿态检测滑块前后滑动的纵倾步进电机；在姿态检测滑块的运动位置上设置位置限位点如下：前限位点、后限位点、左限位点、右限位点、中限位点；在每一个限位点处均设置位置开关；位置开关包括接触式限位开关和非接触式限位开关；所述接触式限位开关安装于前限位点、后限位点、左限位点、右限位点；所述非接触式限位开关安装于中限位点；所述主控制模块包括主控制器以及连接在主控制器上的时钟电路、程序下载电路、电源电路以及通信转接电路；所述电源电路为主控制器提供运行电源；所述时钟电路为主控制器的运行提供时钟信号；主控制器通过所述程序下载电路下载运行程序；所述通信转接电路将主控制器输出的TTL电平的串口信号转化为RS485电平信号；所述驱动模块与所述主控制模块相连接；所述驱动模块包括高速脉冲信号转化电路、驱动能力提升电路和电机驱动器；所述高速脉冲信号转化电路将主控制器输出的脉冲信号的电压幅值提高以驱动电机驱动器，进而驱动步进电机；所述驱动能力提升电路将主控制器输出的驱动电压和驱动电流提升。其进一步的技术方案为，所述主控制器的型号为STM32F103ZET6。其进一步的技术方案为，所述时钟电路为无源晶振；包括主晶振和RTC时钟晶振；所述主晶振为8MHz的晶振元件，其两端连接至主控制器的第二十三引脚和第二十四引脚；RTC时钟晶振为用32.768KHZ的晶振元件，其两端连接至主控制器的的第八引脚和第九引脚。其进一步的技术方案为，所述电源电路包括型号为ADP3338的转化芯片；其输入引脚输入+5V电压；其输出引脚输出+3.3V电压。其进一步的技术方案为，所述程序下载电路为20芯的JTAG下载方式。其进一步的技术方案为，通讯转接电路是型号为SP3481的芯片。其进一步的技术方案为，所述高速脉冲信号转化电路包括两个串联的非门电路；至主控制器输出+3.3V电平信号至高速脉冲信号转化电路的输入端，高速脉冲信号转化电路的输入端连接至电机驱动器，输出+5V的电平信号。其进一步的技术方案为，所述驱动能力提升电路包括三极管，三极管的基极作为输入端，连接主控制器，三极管的集电极都作为输出端，将方向信号或者使能信号输至电机驱动器。一种反馈自检型水下滑翔器姿态调节控制方法，包括以下步骤：步骤1、调节装置处于等待状态，等待水下滑翔器主机发送命令；步骤2、调节装置收到命令，解析该命令；如果收到未知指令时，反馈解析错误，回到步骤1；收到正确之后则进入步骤3；步骤3、调节装置监测姿态调节滑块的当前位置，确定其运动方向；姿态调节滑块的当前位置判断方法如下：在姿态检测滑块的运动位置上设置位置限位点如下：前限位点、后限位点、左限位点、右限位点、中限位点；在每一个限位点处均设置位置开关；当位置开关被触发时，表示姿态调节滑块处于其对应的位置限位点；步骤4、依据姿态调节滑块的当前位置，主控制器设置方向信号；步骤5、打开驱动器电源，依据方向信号控制姿态调节滑块的运动；步骤6、开始超时计时；步骤7、判断是否超时；如果超时，则告知主控制器超时，转入步骤9；如果没有超时，则进入步骤8；步骤8、判断是否到达限位点；如果没有到达限位点，返回步骤7，继续判断是否超时；如果已经到达限位点，则告知主控制器命令执行完毕，进入步骤9；步骤9，关闭电机电源。其进一步的技术方案为，在所述步骤3中，如果姿态调节滑块的当前位置不处于任何一个位置限位点，则进入强位置确定过程，即主控制器发出控制信号，强制步进电机向左运动到达左限位点，则判断此时姿态调节滑块的当前位置处于左限位点；之后进入步骤4，完成后续步骤。本专利技术的有益技术效果是：本专利技术的有益效果在于采用了分布式系统架构的设计方式，以通信的方式进行控制，增强了整个系统的抗干扰性。系统中增加独立的低功耗的ARM微处理器以及电源控制模块可以实时监控电机的运动状态，当电机运动到指定位置后立即结束该命令任务，关闭驱动器电源以及限位开关电源减少其待机功耗。本专利技术又通过在固定位置点增加限位反馈，能够在每次动作时强制确定滑块位置，从而确定其运动方向，避免了通过状态量记录滑块位置所导致的运动混乱性，通过位置自检技术以及超时报警技术可以防止机械传动卡死、电机启动不良、电机过载、电机过热、驱动器故障、电机烧毁等问题，在电机运动超时能及时关闭电机电源避免情况的恶化。附图说明图1是姿态调节装置架构图。图2-a是主控制器原理图。图2-b是电源电路原理图。图2-c是程序下载电路原理图。图2-d是通讯转接电路原理图。图3-a是第一高速脉冲信号转化电路原理图。图3-b是第二高速脉冲信号转化电路原理图。图3-c是第一驱动能力提升电路。图3-d是第二驱动能力提升电路。图3-e是第三驱动能力提升电路。图3-f是第四驱动能力提升电路。图3-g是光电开关驱动模块的示意图。图3-h是第一继电器模块示意图。图3-i是第二继电器模块示意图。图4是姿态调节控制方法流程图。图5是姿态调节控制方法的一个实施例的控制流程图。具体实施方式图1是姿态调节装置架构图。图1简单显示了水下滑翔器姿态调节装置的组成部分，水下滑翔器姿态调节装置包括主控制模块、驱动模块、姿态检测滑块、位置开关和步进电机。进电机包括控制姿态检测滑块左右滑动的横倾步进电机和控制姿态检测滑块前后滑动的纵倾步进电机。也即步进电机控制水下滑翔器横倾或者纵倾。在姿态检测滑块的运动极限位置和关键位置上设置位置限位点如下：前限位点、后限位点、左限位点、右限位点、中限位点。在每一个限位点处均设置位置开关。位置开关包括接触式限位开关和非接触式限位开关。接触式限位开关安装于前限位点、后限位点、左限位点、右限位点四个极限位置，接触式限位开关具体即是图1中的微动开关。非接触式限位开关安装于中限位点，非接触式限位开关具体即是图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反馈自检型水下滑翔器姿态调节装置，其特征在于，包括节装置包括主控制模块、驱动模块、姿态检测滑块、位置开关和步进电机；所述步进电机包括控制姿态检测滑块左右滑动的横倾步进电机和控制姿态检测滑块前后滑动的纵倾步进电机；在姿态检测滑块的运动位置上设置位置限位点如下：前限位点、后限位点、左限位点、右限位点、中限位点；在每一个限位点处均设置位置开关；位置开关包括接触式限位开关和非接触式限位开关；所述接触式限位开关安装于前限位点、后限位点、左限位点、右限位点；所述非接触式限位开关安装于中限位点；所述主控制模块包括主控制器以及连接在主控制器上的时钟电路、程序下载电路、电源电路以及通信转接电路；所述电源电路为主控制器提供运行电源；所述时钟电路为主控制器的运行提供时钟信号；主控制器通过所述程序下载电路下载运行程序；所述通信转接电路将主控制器输出的TTL电平的串口信号转化为RS485电平信号；所述驱动模块与所述主控制模块相连接；所述驱动模块包括高速脉冲信号转化电路；驱动能力提升电路和电机驱动器；所述高速脉冲信号转化电路将主控制器输出的脉冲信号的电压幅值提高以驱动电机驱动器，进而驱动步进电机；所述驱动能力提升电路将主控制器输出的驱动电压和驱动电流提升。...

【技术特征摘要】
1.一种反馈自检型水下滑翔器姿态调节装置，其特征在于，包括节装置包括主控制模块、驱动模块、姿态检测滑块、位置开关和步进电机；所述步进电机包括控制姿态检测滑块左右滑动的横倾步进电机和控制姿态检测滑块前后滑动的纵倾步进电机；在姿态检测滑块的运动位置上设置位置限位点如下：前限位点、后限位点、左限位点、右限位点、中限位点；在每一个限位点处均设置位置开关；位置开关包括接触式限位开关和非接触式限位开关；所述接触式限位开关安装于前限位点、后限位点、左限位点、右限位点；所述非接触式限位开关安装于中限位点；所述主控制模块包括主控制器以及连接在主控制器上的时钟电路、程序下载电路、电源电路以及通信转接电路；所述电源电路为主控制器提供运行电源；所述时钟电路为主控制器的运行提供时钟信号；主控制器通过所述程序下载电路下载运行程序；所述通信转接电路将主控制器输出的TTL电平的串口信号转化为RS485电平信号；所述驱动模块与所述主控制模块相连接；所述驱动模块包括高速脉冲信号转化电路；驱动能力提升电路和电机驱动器；所述高速脉冲信号转化电路将主控制器输出的脉冲信号的电压幅值提高以驱动电机驱动器，进而驱动步进电机；所述驱动能力提升电路将主控制器输出的驱动电压和驱动电流提升。2.如权利要求1所述的反馈自检型水下滑翔器姿态调节装置，其特征在于，所述主控制器的型号为STM32F103ZET6。3.如权利要求2所述的反馈自检型水下滑翔器姿态调节装置，其特征在于，所述时钟电路为无源晶振；包括主晶振和RTC时钟晶振；所述主晶振为8MHz的晶振元件，其两端连接至主控制器的第二十三引脚和第二十四引脚；RTC时钟晶振为用32.768KHZ的晶振元件，其两端连接至主控制器的的第八引脚和第九引脚。4.如权利要求2所述的反馈自检型水下滑翔器姿态调节装置，其特征在于，所述电源电路包括型号为ADP3338的转化芯片；其输入引脚输入+5V电压；其输出引脚输出+3.3V电压。5.如权利要求2所述的反馈自检型水下滑翔器姿态调节装置，其特征在于，所述程序下载电路为20芯的JTAG下载方式。6.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建，张华，徐令令，张安通，张波，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心中国船舶重工集团公司第七零二研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32