全海深ARV回收控制系统研究与设计

发布时间：2020-06-27 04:56

【摘要】：十九大报告中明确要求“坚持陆海统筹,加快建设海洋强国”。同时随着我国经济快速发展和对外开放不断扩大,国家战略利益和战略空间不断向海洋拓展和延伸,海洋事业的发展关乎国家兴衰安危与民族生存发展。上海海洋大学深渊科学与技术研究中心研制的“彩虹鱼”号全海深复合型无人潜水器(Autonomous Remotely Vehicle,ARV),突破了大深度无人潜水器多项关键技术,采用电池为动力,单体结构,兼具遥控无人潜水器(Remote Operated Vehicle,ROV)或自主式水下潜水器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)的工作模式,通过微细光纤与水面进行实时通信,使我国具备研制全海深复合型ARV的能力。ARV在大深度海底工作,由于作业、水流等因素会使其偏离预先布放点,浮出水面后的ARV可能远离出发地点,若作业海域海况较差,回收过程更会增加一定的风险甚至于丢失。ARV集成很多昂贵测量与探测仪器、存储大量宝贵数据,其安全、高效回收一直备受重视。本论文针对全海深ARV海试作业后回收问题,以“彩虹鱼”号全海深ARV为对象,围绕以提高ARV回收效率为目的,研究并设计了一套全海深ARV回收控制系统,主要完成了以下几方面的工作:(1)全海深ARV回收控制系统总体方案设计针对ARV采用无动力上浮下潜和全海深的工作特点,结合ARV在深海海底所承受的巨大压力,提出了一种利用玻璃浮球作为ARV回收控制系统耐压控制舱的构型方案;综合考虑微细光缆在海面风浪、洋流和母船运动的作用下容易发生通信中断,甚至于光纤折断的情况,首次提出了以北斗通信为ARV水面定位及回收控制核心的设计方案。(2)全海深ARV回收控制系统关键技术研究控制系统采用了结构化和模块化的设计思想,分为若干个功能不同的模块,各自封装了相应的算法。其中以各功能模块为智能节点,基于CAN总线形成网络化控制系统,由主控模块进行调度和管理。综合采用了集中管理和分散控制的控制方法,增强了系统的可移植性和兼容性。基于所研制的“彩虹鱼”号全深海ARV装置,进行了ARV回收控制系统的研究与设计,并根据微细光纤的通信状况和试验时海况制定了三种可选回收控制方案,即采用船员下水回收、利用光纤通信控制潜器回收和利用北斗通信完成自主回收,从而确保在海试过程中可以根据实际情况制定最优的回收策略。(3)全海深ARV回收控制系统控制算法研究运动控制单元采用了PID控制算法进行设计,根据ARV的结构和运动特征对其运动规律进行了研究,采用双闭环控制ARV的航线和航向角,既确保了航向角能够自动调整指向母船位置,又能通过控制推进器来缩小航线路径偏移量,减小了海流对ARV运动路径的干扰。(4)全海深ARV回收控制系统关键技术验证最后,通过海试实验验证了本文所设计的全海深ARV回收控制系统的有效性和可靠性。
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P715;U674.941
【图文】：

示意图,回收装置

海马 AUV 回收装置 (b) 中国“CR-OIA”AUV 回收装图 1-1 水面起吊回收示意图Fig.1-1 Diagram of lifting and recovery of water surface收方式收方式具有：结构简单、对小型水下自主潜水器的设计改海潜器完成海底作业任务进入到回收平台后，可以快速完数据交互等工作。同时利用这种回收平台可以有效的避免扰动。但由于这种对接平台单一的回收接口方向，就要求好的运动和移动控制能力，同时若遇到较大的洋流将严重致无法完成潜器的回收甚至于造成潜器的遗失[11]。这种水型代表是美国开发的 REMUS 系列水下自主回收平台，如图套管是这种平台的设计要点，其中具有声学导航定位功能形导套的上方，通过导航定位设备和该套装置的结构设计人潜水器的回收成功概率[12]。

探索者,回收系统

图 1-3 探索者”号回收系统Fig.1-3 Explorer· recovery system水下回收平台下回收可以应用于水下和海底，并且完成安全回收的可能川崎重工业的 Marine-bird 水下回收系统是最具代表性的人潜水器水下回收系统和水下平台的连接，采用“飞机降水声指导下，远距离调整无人水下航行器的姿态，然后无慢慢落下，同时利用无人潜水器的两个捕获手臂将潜器捕形定位装置上，然后再进行航向和侧面调整使潜器安全平回收，再通过平台上的循环锁定机构以实现最终位置[15]如图 1-4 所示。该系统第一次海上试验于 2003 年成功完成滨工程大学北飒声学研究所的“BSAV-III”水下对接系统收方法，用捕获臂捕获潜艇的裙口目标。在潜器以大倾角且在周围环境的洋流较大、能见度较低的情况下，要实现

【参考文献】