[发明专利]一种X型舵潜航器及其舵卡抗沉方法

权利要求书

1.一种X型舵抗沉自主潜航器，其特征在于，包括艇体、驱动系统、电控系统；

驱动系统包括设于艇体艉部呈X型布置的四个舵叶、设于艇体内部与各舵叶连接的四个独立的大扭力防水舵机；设于艇体艉部的螺旋桨、设于艇体内部用于驱动螺旋桨的驱动电机；

电控系统包括上位控制组件、电源组件、驱动组件、数据采集组件、运动控制组件、嵌入组件；具体而言：

所述上位控制组件，包括PC上位机，所述PC上位机内建CVI交互组件，并通过Lora模块与控制组件通讯；

所述电源组件包括电池组、电平稳压功率电源组件；所述电池组经电平稳压功率电源组件转换电压并输出5V和12V直流电；

所述数据采集组件包括传感器组；传感器组包括惯性传感器、深度传感器、电导率传感器、水下距离传感器，各组件采用两路485总线传输，以保证满足不同波特率通讯需求；

所述控制组件包括控制采集板、JetsonNano开发板、差分转换器、隔离驱动器、继电器、LDO稳压器；

所述控制采集板定时查询两路485总线上的传感器数据并通过两路485总线通讯，一路485总线连接电导率和距离传感器，另一路485总线连接深度传感器和Lora通讯组件；控制采集板采用光耦隔离，经过升压驱动控制继电器；控制采集板通过Lora模块与PC上位机通讯传输数据，同时根据PC上位机控制指令，经过隔离驱动器升压驱动控制两路继电器进而操控活塞式压载水舱；控制采集板通过TTL串口与JetsonNano开发板通讯，所述JetsonNano开发板用于完成推进器调速，根据惯性传感器的传感器数据、基于DRL算法对AUV艉部呈X型布置的4个舵叶进行控制，实现对AUV六自由度运动的驱动控制；所述JetsonNano开发板通过TLL串口与运动控制系统进行通讯控制；Lora通讯组件用于实现水面以上的配置和数据传输，选取远程Lora通讯组件，其通过TTL-RS485转换组件，连接至485-1#总线，与PC上位机一对一定点传输，在水面以上接受配置指令和航行完成上浮后的传感器数据上载；

所述运动控制组件包括一块经TTL串口连接至JetsonNano开发板并受其控制的脉冲宽度调制器，所述脉冲宽度调制器用于驱动控制防水舵机以及驱动电机，实现AUV六自由度运动和调速控制；上浮下潜采用舵叶协同活塞式压载水舱实现。

2.根据权利要求1所述的一种X型舵抗沉自主潜航器，其特征在于，所述艇体的上表面和下表面还开设若干流水孔；艇体内部设置有舵杆用于调整重力以及重心分布的配重块，具体而言，在将各零部件均衡分布在密封舱内部，将活塞式压载水舱置于重心位置后，利用配重块平衡舱体，以使X型舵抗沉自主潜航器呈零浮力状态。

3.根据权利要求1所述的一种X型舵抗沉自主潜航器，其特征在于，所述传感器组中，深度传感器搭载采用24位AD精度的MS5837-30BA压力传感器，MS5837-30BA压力传感器还需经解算板转发为115200波特率串口通讯；电导率传感器型号为ECTDS10-ISO；水下距离传感器型号为超声波水下距离传感器；北斗/GPS双模定位组件型号为ATGM336H，当AUV上浮至水面，经Lora通讯组件将坐标信息上传至PC上位机；惯性传感器采用ICM-20948九轴运动追踪模组。

4.根据权利要求1所述的一种X型舵抗沉自主潜航器，其特征在于，所述控制采集板采用GD32F103C8T6芯片为控制采集板核心；还包括由TLP521可控制光电藕合器和ULN2083晶体管阵组成的驱动隔离升压电路，ULN2083晶体管阵输出控制继电器；所述继电器是指SRD-05VDC-SL-C。

5.根据权利要求1所述的一种X型舵抗沉自主潜航器，其特征在于，所述四个舵叶正交布置，每片舵叶独立偏转；舵轴中心与潜艇中线面的夹角为45°，叶片转动引起潜艇的偏转和潜浮；所述运动控制组件采用控制方案如下：针对X型舵抗沉自主潜航器可能执行的航向航行、舵卡上浮和掉深上浮三种任务，分别采用两种DRL算法：DDPG和PPO，以及三种奖励函数：反正切奖励函数、线性奖励函数、二次奖励函数进行训练，对比后选择最优的算法和奖励函数组合来执行相应任务。