[发明专利]一种高可靠性深海水下自主航行器控制方法

说明书

本发明公开了一种高可靠性深海水下自主航行器控制方法，基于全总线式控制系统架构实现双CPU热备份的高可靠性深海水下自主航行器控制系统，实现了CPU切换时连续实时的控制。通过采用全总线式控制系统架构实现双CPU热备份，克服了现有双CPU冗余AUV控制系统中，工作CPU与备份CPU切换时无法实现连续实时控制的不足，切实提高AUV控制系统的整体可靠性。

技术领域

本发明涉及水下自主航行器控制技术领域，具体涉及一种高可靠性深海水下自主航行器控制方法。

背景技术

水下自主航行器(AUV)在水下执行任务时，大部分时间均处于自主作业状态。在自主状态下，水下自主航行器的控制完全交由其控制系统接管。因而，作为核心组部件，水下自主航行器控制系统的可靠性往往决定着整个水下自主航行器作业任务的成败。尤其是在需要执行远程自主航行作业任务时，控制系统的可靠性要求就更加严苛。而对于控制系统的核心——CPU及其外围器件而言，设计水平和制造工艺决定了其可靠性和使用寿命不可能无限提升。为此，在现有单个器件可靠性无法满足控制系统可靠性需求的情况下，就需要通过系统级解决方案来提升控制系统整体可靠性，以满足水下自主航行器对于控制系统可靠性的要求。

当前，高可靠性的水下自主航行器控制系统大多采用双CPU冗余冷备份的方法，即一个CPU正常工作时，备用CPU只监测工作CPU的状态而不同步运行，当检测到工作CPU出现异常时才接管整个系统的控制权。这种方式下由于两个CPU执行程序的不同和对信息掌握的不对称等因素，必然导致控制系统的实时性和控制权切换的连续性无法保证。另外，部分采用双CPU同步运行热备份的方法，也因其控制系统接口种类繁多，没有形成冲突避免机制完善的总线架构等因素，导致无法实现双CPU间的无缝切换。不能实现连续实时控制的双CPU冗余，并没有真正意义上提高水下自主航行器控制系统的整体可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高可靠性深海水下自主航行器控制方法，基于全总线式控制系统架构实现双CPU热备份的高可靠性深海水下自主航行器控制系统，实现了CPU切换时连续实时的控制。

本发明提供的一种高可靠性深海水下自主航行器控制方法，该方法所适用的水下自主航行器控制系统包括主CPU部、备份CPU部、电源模块部及自适应以太网交换机，具体工作过程包括以下步骤：

步骤1.1、所述控制系统上电后，由所述电源模块首先控制默认主CPU部上电，延时一段时间后，待主CPU部完成启动、获得总线控制权并开始执行自主控制程序和总线监听程序后，再控制默认备份CPU部上电；

步骤1.2、备份CPU部上电后启动运行，执行总线监听程序，与主CPU部同步运行自主控制程序，但不向总线发送指令和状态信息；

步骤1.3、待备份CPU部完成启动过程后，主CPU部通过总线控制外部设备上电运行；

步骤1.4、当主CPU部监测到自身异常时主动释放总线控制权，当备份CPU部监测到主CPU部异常时则获取总线控制权。

进一步地，所述步骤1.4中获取总线控制权的过程，包括如下步骤：

步骤2.1、备份CPU部判断总线是否空闲，若总线空闲则表明主CPU部未正常工作，则将本CPU部切换为主CPU部工作模式，执行总线监听程序和自主控制程序，按照控制周期，向总线发送指令或状态帧；若总线未空闲，则表明主CPU部处于主CPU部工作模式，且运行正常，则本CPU部维持备份CPU部工作模式，执行总线监听程序和自主控制程序，但不向总线发送指令和数据；

步骤2.2、等待控制周期，循环执行步骤2.1。

进一步地，所述电源模块部采用18DC－36VDC锂电池组供电，并为CPU部输出经隔离和电压变换后的24VDC电源。

有益效果：