一种非接触式电能与数据交互的时敏信标及控制方法技术

本发明专利技术公开一种非接触式电能与数据交互的时敏信标及控制方法，时敏信标位于水下航行器的外部，且与水下航行器之间没有电气连接；在水下航行器遇到故障无法上浮时，时敏信标获取设备自身的状态信息，通过信标内的主控单元利用决策树判断水下航行器是否遇到故障，以及是否需要上浮，水面搜救人员可根据信标准确的定位航行器的位置；并利用基于电磁耦合的无线充电技术为信标内部的电池进行充电，同时将无线充电技术与基于模糊逻辑的电池电流估计相结合以实现恒流

【技术实现步骤摘要】
一种非接触式电能与数据交互的时敏信标及控制方法


[0001]本专利技术属于水下航行器应急自救设备
，具体涉及一种非接触式电能与数据交互的时敏信标及控制方法。

技术介绍

[0002]随着海洋资源的不断开发，对水下潜器的需求越来越高，水下潜器要搭载许多传感器，这就导致造价会比较昂贵，但是水下环境的复杂性决定了其工作环境的恶劣。所以为了保证水下潜器的安全，设计一种可以自主救援的设施就很有必要了。
[0003]目前常用应急自救设备包括设置抛载应急、设置水下航行器设备自身的软件应急以及水下航行器上安装声学通信及定位设备等，可以通过设置最大工作时间、抛载自救、设置声信标等方法来实现自主救援。
[0004]但是，对于现有的应急自救设备存在以下问题：
[0005]1、设置抛载应急：该抛载应急为设备外部一次性应急自救设备。即当航行器遇到意外状态时将自身安装的压载配重丢弃，使自身浮力大于重力，实现应急上浮。但当设备被渔网等缠绕住，该方法无法保证设备能够上浮，同时搜救人员也无法确定设备的准确位置，一旦出现被缠绕或电量用完等情况则作用不大；
[0006]2、设置水下航行器设备自身的软件应急：该方法与上述方法类似，但却是依赖航行器自身的执行机构产生上浮的力，同样当设备被缠住时，搜救人员无法得知设备当前所处的位置。且当设备电力不足时，该方法无法继续使用；
[0007]3、水下航行器上安装声学通信及定位设备：该类设备需要提前在指定海域进行安置，若没有提前布置则无法反应当前航行器的位置。并且该类设备存在定位误差，即便知道了具体经纬度坐标仍可能无法搜救到，造价昂贵也是制约这一类设备使用的难点。

技术实现思路

[0008]本专利技术为解决现有技术中存在的缺陷，提出一种基于决策树的非接触式电能与数据交互的时敏信标及控制方法，以更好的实现对水下航行器的应急自救。
[0009]本专利技术是采用以下的技术方案实现的：一种非接触式电能与数据交互的时敏信标，所述时敏信标位于水下航行器的外部，且与水下航行器之间没有电气连接；
[0010]所述水下航行器包括航行器电池、逆变器、电力载波模块1、电磁耦合模块1以及模糊逻辑模块和数据交互模块1，逆变器用以将航行器电池提供的直流电转换为高频交流电，电力载波模块1用以将数据交互模块1内的数据进行调制，以逆变器生成的高频交流电为载波将数据通过电磁耦合模块1发送出去；模糊逻辑模块以信标内电池电压和电压变化率为输入，输出当前电池需要的电流，并调节逆变器的输出波形；
[0011]所述时敏信标包括整流滤波电路、信标电池、释放机构、电力载波模块2、电磁耦合模块2以及决策树和数据交互模块2，电磁耦合模块2用以接收电磁耦合模块1发送的能量和数据；时敏信标接收的能量首先经过整流滤波电路，变成较为平滑的直流电用以给信标电
池充电，时敏信标接收的数据则经过电力载波模块2进行信号解调，以传输给数据交互模块2得到姿态、深度和速度信息，将这些信息送入至决策树中判断当前水下航行器是否为异常状态，若为异常状态，则触发释放机构将信标释放。
[0012]本专利技术另外还提出一种非接触式电能与数据交互的时敏信标的控制方法，包括：
[0013]步骤A、基于决策树的信标释放判断；
[0014]A1、在水下航行器航行过程中，基于电磁耦合模块1将水下航行器的状态数据，通过电力载波模块1传输至时敏信标，所述状态数据包括姿态、深度和速度信息；
[0015]A2、时敏信标在获取到状态数据信息后，基于决策树对水下航行器的状态信息进行处理，以确定正常状态和异常状态；
[0016]A3、当监测到为异常状态时，通过电力载波模块2获取当前水下航行器的位置信息，随后切断释放机构使信标上浮，实现应急自救；
[0017]步骤B、基于模糊逻辑的电池充电控制；
[0018]B1、基于信标电池电压和电压变化率作为输入，利用模糊逻辑结合实际电池放电曲线构建电压与电流的映射关系，即根据电池电压与电压变化率推理出此时电池的理想充电电流，将该电流作为逆变器的期望输出，调节逆变器的输出频率使逆变器的实际输出电流始终跟随期望电流值，以实现电池的充电；
[0019]B2、同时在模糊逻辑的输出增加数据监测模块，即当逆变器执行了模糊逻辑的输出后，如果数据无法正常传输，通过数据监测模块修正模糊逻辑的输出值，直到电力载波模块2能够实现数据传输。
[0020]进一步的，所述步骤A2中，决策树的判断原理具体如下：
[0021](1)对深度进行检测，设定当水下航行器的深度在H1以内认为是在水面，H1取0.3
‑
0.5m，在H1以内信标无需释放，否则是在水下，进行下一步判断；
[0022](2)当航行器位于水下时，设定航行器的深度变化率大于dH1时认为是正常工作，dH1取0.05
‑
0.1m，信标无需释放；当深度变化率小于dH1时，则进行下一步分析判断；
[0023](3)设定当俯仰角变化率大于dP1度时水下航行器正常工作，dP1取1
‑
3度，信标不释放，当俯仰角变化率小于dP1时，进行下一步分析判断；
[0024](4)当电机转速不为0，且航行器有速度时，航行器在正常工作，信标不释放；当电机转速为0，且航行器速度为0时，信标无需释放；当电机转速不为0，且航行器无速度，航行器在水下出现异常运动状态，需要释放信标；当电机转速为0，且航行器速度为0，需要释放信标。
[0025]进一步的，所述步骤B1中，电池电压的输入隶属度函数范围为10V
‑
13V，以1V为间隔将电池电压的输入隶属度函数分割成10V，11V，12V，13V，10
‑
12V记为S状态，11
‑
13V记为M状态，大于13V记为B状态；电池电压变化率的输入隶属度函数范围为0
‑
1.5V，将电池电压变化率分为了0.5V，1V，1.5V，0
‑
1V记为S状态，0.5
‑
1.5V记为M状态，大于1.5V记为B状态；模糊逻辑的输出以0.5A，1A，1.5A及1.5A以上进行划分，0
‑
1A记为S状态，0.5
‑
1.5A记为M状态，大于1.5A记为B状态；
[0026]模糊规则如下：
[0027]当电池电压处于S状态，电压变化率处于S状态，则需要提供较大的充电电流，此时模糊逻辑输出的位于B状态；
[0028]当电池电压处于M状态，电压变化率处于S状态，则此时模糊逻辑输出为M状态；
[0029]当电池电压处于B状态，电压变化率处于S状态，则此时模糊逻辑输出为M状态；
[0030]当电池电压处于S状态，电压变化率处于M状态，则此时模糊逻辑输出为B状态；
[0031]当电池电压处于M状态，电压变化率处于M状态，则此时模糊逻辑输出为M状态；
[0032]当电池电压处于B状态，电压变化率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非接触式电能与数据交互的时敏信标，所述时敏信标位于水下航行器的外部，且与水下航行器之间没有电气连接，其特征在于：所述水下航行器包括航行器电池、逆变器、电力载波模块1、电磁耦合模块1以及模糊逻辑模块和数据交互模块1，逆变器用以将航行器电池提供的直流电转换为高频交流电，电力载波模块1用以将数据交互模块1内的数据进行调制，以逆变器生成的高频交流电为载波将数据通过电磁耦合模块1发送出去；模糊逻辑模块以信标内电池电压和电压变化率为输入，输出当前电池需要的电流，并调节逆变器的输出波形；所述时敏信标包括整流滤波电路、信标电池、释放机构、电力载波模块2、电磁耦合模块2以及决策树和数据交互模块2，电磁耦合模块2用以接收电磁耦合模块1发送的能量和数据；时敏信标接收的能量首先经过整流滤波电路，变成较为平滑的直流电用以给信标电池充电，时敏信标接收的数据则经过电力载波模块2进行信号解调，以传输给数据交互模块2得到姿态、深度和速度信息，将这些信息送入至决策树中判断当前水下航行器是否为异常状态，若为异常状态，则触发释放机构将信标释放。2.基于权利要求1所述的非接触式电能与数据交互的时敏信标的控制方法，其特征在于，包括：步骤A、基于决策树的信标释放判断；A1、在水下航行器航行过程中，基于电磁耦合模块1将水下航行器的状态数据，通过电力载波模块1传输至时敏信标，所述状态数据包括姿态、深度和速度信息；A2、时敏信标在获取到状态数据信息后，基于决策树对水下航行器的状态信息进行处理，以确定正常状态和异常状态；A3、当监测到为异常状态时，通过电力载波模块2获取当前水下航行器的位置信息，随后切断释放机构使信标上浮，实现应急自救；步骤B、基于模糊逻辑的电池充电控制；B1、基于信标电池电压和电压变化率作为输入，利用模糊逻辑结合实际电池放电曲线构建电压与电流的映射关系；B2、同时在模糊逻辑的输出增加数据监测模块，即当逆变器执行了模糊逻辑的输出后，如果数据无法正常传输，通过数据监测模块修正模糊逻辑的输出值，直到电力载波模块2能够实现数据传输。3.根据权利要求2所述的非接触式电能与数据交互的时敏信标的控制方法，其特征在于：所述步骤A2中，决策树的判断原理具体如下：(1)对深度进行检测，设定当水下航行器的深度在H1以内认为是在水面，H1取0.3
‑
0.5m，在H1以内信标无需释放，否则是在水下，进行下一步判断；(2)当航行器位于水下时，设定航行器的深度变化率大于dH1时...

【专利技术属性】
技术研发人员：高爽，江景涛，严天宏，沈钺，
申请(专利权)人：青岛澎湃海洋探索技术有限公司，
类型：发明
国别省市：