[发明专利]高可靠性波浪滑翔器控制系统

说明书

一种高可靠性波浪滑翔器控制系统，包括主控计算机，备用计算机，切换模块，外围设备，属于波浪滑翔器控制领域。主控计算机与备用计算机之间存在通信连接。控制系统具有主控计算机处理模式和备用计算机处理模式两种工作模式，由备用计算机根据主控计算机是否正常运行进行自动切换。该控制系统还具有集成气象站GPS位置信息故障诊断与替代功能，由当前控制计算机根据集成气象站GPS航速信息自动诊断与替代。本发明提供的高可靠性波浪滑翔器控制系统具有可靠性高，结构简单，易于开发的优点，能有效提高波浪滑翔器生命力，降低其失联、失踪的风险。

技术领域

本发明涉及高可靠性波浪滑翔器控制系统，利用主控计算机和备用计算机的并联系统，在任一控制计算机发生故障时控制系统仍可运行，利用集成气象站GPS位置信息故障诊断与替代功能提高了波浪滑翔器位置信息反馈的可信度，属于波浪滑翔器控制领域。

背景技术

波浪滑翔器是新型的海上观测平台，它通过吸收海洋中的波浪能，将其转化为自身航行的动力，通过太阳能板，将太阳能转化为电能为自身设备供电。它具有续航能力强，运营成本低廉，恶劣海况下适应性强、运行噪声小、无污染等众多优点，为各类海洋信息的观测与研究提供了新途径，现已广泛应用于长时间海洋环境探测、生物迁徙研究、气象信息预报等诸多领域。

波浪滑翔器设计用于长期无人海上航行，运行时间长，海上环境恶劣，人为干预困难，这一系列不利因素都对波浪滑翔器的控制系统提出了苛刻的要求。

一般而言，波浪滑翔器控制系统采用嵌入式计算机作为控制计算机，与传感器、执行器、通讯设备进行信息交互，传感器获取环境信息，包括定位信息等，控制计算机采集并解析传感器信息，一方面驱动执行器进行运动控制，另一方面通过通讯设备发送到监控端。控制计算机为控制系统的核心，一旦控制计算机出现故障，则控制系统完全崩溃，这对于波浪滑翔器是致命的。

波浪滑翔器的位置信息一般来源于集成气象站，然而气象站提供的GPS定位信息有时会出现偏移野值，漂移范围可能很大，在恶劣的环境中如台风中，集成气象站可能遭受损坏，在这些情况下，即使控制系统其他部分完全正常，波浪滑翔器也无法向监控端反馈准确的位置信息，也无法进行回收，这对于波浪滑翔器也是致命的。

筑地英一等人提出的《双工系统和处理器切换方法》(公开号：CN101122877A)中采用了运行处理器和备用处理器并联的方案，当主要执行计算的运行运算器与备用处理器之间切换采用高速缓冲存储器对数据进行中继的方法，这与本发明中切换模块采用继电器组的方法原理不同。本发明切换模块的结构更为简单可靠，更加适用于海上无人航行器嵌入式控制系统。

李东濬提出的《大规模系统中的双工设备及其方法》中，设置了结构类似的第一单元和第二单元，第一单元和第二单元中均包含处理器与存储器，第一单元与第二单元的切换采用的是设置一双工信道与双工控制逻辑部分的结构。该双工信道与第一单元和第二单元均是连通的，而本发明中切换模块采用单刀双掷继电器组，在每时每刻都只与一个处理器连通而与另一个处理器断开，二者原理不同。本发明切换模块的结构更为简单可靠，更加适用于海上无人航行器嵌入式控制系统。

黄荣辉等人提出的《多旋翼无人机通讯和安全监测系统》(公开号：CN105824318A)中采用了铱星通信模块的“命令模式”用于传递信息，只是简单的使用了铱星系统，这与本发明中根据集成气象站GPS航速信息进行故障诊断并自动切换铱星的工作模式具有本质不同。

本发明提出的高可靠性波浪滑翔器控制系统，利用主控计算机和备用计算机的并联系统，在任一控制计算机发生故障时控制系统仍可运行，切换模块采用单刀双掷继电器组的设计，结构简单、成本低、稳定可靠，主控计算机与备用计算机内部程序相似，开发难度低，利用集成气象站GPS位置信息故障诊断与替代功能提高了波浪滑翔器位置信息反馈的可信度。该控制系统具有极高的可靠性，极大地降低了控制系统故障导致波浪滑翔器失踪的风险。

发明内容