[发明专利]一种智能潜水器控制舱的全实物测试装置及测试方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种检测装置，具体地说是一种智能潜水器控制舱的全实物测试装置。本发明还涉及一种智能潜水器控制舱的全实物测试方法。

(二)背景技术

随着科技的不断进步，智能潜水器作为船舶与海洋工程、机器人技术的学科交叉领域，得到了世界各国的广泛重视。智能潜水器在可广泛用于海底生物资源探查，矿产资源采样，海底地形勘测，沉物打捞，地震地热活动的监测，海洋环境监测，海洋工程维护等。经过多年来各国学者的努力，智能潜水器的功能不断完善。与此同时，控制舱的电子设备也越来越复杂。因此在载体安装完成之后，智能潜水器下水之前进行控制舱的全实物测试是十分必要的。目前绝大多数研究机构采用的控制舱全实物测试方式是陆上直接接入实物传感器，检测软件对传感器数据收发是否正常。这样的办法缺点明显，因整个程序运行过程中涉及到的载体运动摇荡，传感器数据的合理改变，执行机构(螺旋桨)等的输出都无法在陆地上实现。因此，不能构成控制程序检测的闭环。因此，研制出一种智能潜水器控制舱的全实物测试方法，接收控制输出，模拟传感器的变化、建立载体动力学响应，完成控制的闭环测试，是智能潜水器陆上测试的关键性技术问题。而本发明所述的全实物测试方法，满足以上要求。

西北工业大学先后发表了《某型水下航行器控制方案的半实物仿真》等6篇论文，论及了水下航行器半实物仿真方法。但此半实物仿真方法需要三轴电动转台和水压仿真器等辅助实物设备；无螺旋桨和浮力调整机构的测试手段；不能在控制舱全封闭下进行。哈尔滨工程大学甘永等在《系统仿真学报》发表了论文：《水下机器人半实物运动仿真系统的设计》，论及了水下机器人半实物仿真方法。但该论文所述方法不能在控制舱全封闭下进行；无舵机测试需要的脉冲频率和个数检测装置，不能实现舵翼等需要步进电机带动的执行机构实物测试；无浮力调整机构测试手段；执行机构输出通过网络，而不是实际输出。中科院沈阳自动化研究所孟宪伟等在《系统仿真学报》发表了论文《载人潜器半物理虚拟仿真系统及其性能分析》，介绍了载人潜器半物理仿真方法。但该论文所述方法需要现场总线控制器和10/100M工业以太网交换机；文中无舵机测试需要的脉冲频率和个数检测装置，不能实现舵翼等需要步进电机带动的执行机构实物测试；对于数字信号的采集与发送，该文中没有给出实现方式。

综上，已有技术中是采用半实物仿真方法，需要辅助设备或不能完全实现全实物闭环测试。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种可以在智能潜水器安装之后，在不开控制水密舱的情况下，有效地完成控制水密舱内全部控制设备和计算机的闭环调试的一种智能潜水器控制舱的全实物测试装置及测试方法。

本发明的目的是这样实现的：

智能潜水器控制舱的全实物测试装置的组成包括一台普通PC、安装完成的控制水密舱、多串口卡、多功能卡、水密接插线、控制水密舱直流稳压供电电源，所述的一台普通PC至少2个PCI插槽-插接多串口卡和具有AD、DA、DIO、计数器功能的多功能卡；水密接插线包括串行通信RS-232信号线、串行通信RS-485信号线、串行通信RS-422信号线、模拟信号输入线、模拟信号输出线、数字信号输入线、数字信号输出线、脉冲信号输出线、脉冲信号输入线；水密接插线一端与控制水密舱水密插头联接，另一端导线引出的连接关系为：串行通信RS-232信号线，接入多串口卡的RS-232串口的TX、RX、GND；串行通信RS-485信号线，接入多串口卡的RS-485串口的485+，485-；串行通信RS-422信号线，接入多串口卡的RS-422串口，T+、T-接入多串口卡该路的R+、R-；R+、R-接入该路的T+、T-；模拟信号输入线，接入多功能卡的DA输出端；模拟信号输出线，接入多功能卡的AD采集端；数字信号输入线，接入多功能卡的数字信号DO输出端；数字信号输出线，接入多功能卡的数字信号DI采集端；脉冲信号输出线，接入多功能卡的脉冲采集端；脉冲信号输入线，接入多功能卡的脉冲输出端。

基于智能潜水器控制舱的全实物测试系统的测试方法为：

(1)按照原始定义，水密接插线一端与控制舱水密插头联接，另一端导线引出，将串行通信信号线接入普通PC多串口卡；将模拟电压信号线、数字信号线、脉冲信号线接入多功能卡；

(2)在普通PC中启动智能潜水器水动力学计算和传感器模拟程序，等待控制舱内各个嵌入式计算机发出控制指令，并通过多串口卡上的指定串口和多功能卡上的指定端口接收指令，根据6自由度空间动力学方程计算潜水器新的位置和姿态，按照实际传感器数据传输速率和传输格式定义，通过多串口卡和多功能卡发回传感器状态信息；