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        全權(quán)潛艇控制技術(shù)研究

        2014-12-07 05:22:42李小龍郭隆華左艷軍
        艦船科學(xué)技術(shù) 2014年12期
        關(guān)鍵詞:深度系統(tǒng)

        李小龍,郭隆華,左艷軍

        (1.中國人民解放軍91278 部隊,遼寧 大連116041;2.中國船舶重工集團(tuán) 第七一四研究所,北京100012)

        0 引 言

        全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)是一種綜合控制器,涵蓋了潛艇全速度范圍(包括反向速度)的所有水平操縱與潛浮控制需求,包括如下功能:

        1)深度控制;2)縱搖控制;3)航向控制;4)平衡與補(bǔ)償;5)手動控制;6)失衡狀態(tài)估計;7)推進(jìn)控制。

        傳統(tǒng)的控制方法是對上述控制分別實施,其缺點(diǎn)是控制過程不連續(xù),而且控制方案也不是最優(yōu)。全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)的概念是在初期的設(shè)計階段就使整個潛艇的性能達(dá)到最優(yōu),即:

        1)集成的控制系統(tǒng)能夠減少控制人員數(shù)量、復(fù)雜程度及全壽期成本;

        2)轉(zhuǎn)向與潛浮控制方案可統(tǒng)一設(shè)計,減少設(shè)計成本;

        3)接口數(shù)量較少,使軟件容易集成;

        4)全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)的便攜式特征能夠在多個位置控制潛艇,還可以用于控制無人潛航器;

        5)關(guān)鍵時刻的深度變化不需要手動的平衡與補(bǔ)償;

        6)全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)基于開放式結(jié)構(gòu),可以即插即用,能夠大幅縮短由于維護(hù)而停機(jī)的時間。

        1 傳統(tǒng)的潛艇操控臺

        傳統(tǒng)的潛艇水平操縱與潛浮控制由不同的控制器來完成。典型的配置如圖1所示,從圖中可以看出,每種不同運(yùn)動的控制回路并行,它們之間沒有任何數(shù)據(jù)交換。傳統(tǒng)的潛艇控制系統(tǒng)沒有通用接口,不同運(yùn)動的控制器都從潛艇的各個系統(tǒng)獲得數(shù)據(jù),因此存在大量的重復(fù)工作。以深度控制為例,需要同時執(zhí)行多個單獨(dú)的控制功能,由于不同的控制回路擁有不同的控制功能,因此潛艇的機(jī)動效果被抵消,使控制效果變得很差。

        另外,在自動變深期間,最初指令發(fā)送到自動駕駛儀,通常需要手動調(diào)節(jié)潛艇的平衡與補(bǔ)償。因此,自動控制一般不可重復(fù),并且有時會受到手動誤操作的影響。

        圖1 傳統(tǒng)潛艇操控臺配置圖Fig.1 Conventional submarine console configuration diagram

        傳統(tǒng)潛艇控制系統(tǒng)的復(fù)雜性造成了系統(tǒng)集成的問題,現(xiàn)在把這種集成問題簡化為2 套使用不同深度基準(zhǔn)點(diǎn)的系統(tǒng),在低速情況下每套獨(dú)立的系統(tǒng)都無法滿足性能要求。然而,如果將2 套系統(tǒng)集成,經(jīng)過系統(tǒng)優(yōu)化,性能就很容易滿足要求。

        綜上所述,傳統(tǒng)的水平操作與潛浮控制方案能夠被簡化,并通過優(yōu)化提供更有效的和可控的潛艇控制系統(tǒng)。

        2 全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)簡介

        英國斯特林動力公司的全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)概念圖如圖2所示,傳統(tǒng)的6個單獨(dú)的水平操縱和潛浮控制功能被綜合控制單元所取代,可以接收來自操縱桿和鍵盤的指令。這種控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)總線控制執(zhí)行機(jī)構(gòu),并在全部的速度與深度范圍內(nèi)實現(xiàn)控制性能的優(yōu)化。

        圖2 全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)概念圖Fig.2 Concept figure of full authority submarine control system

        潛艇利用全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)手動或自動(利用操縱桿或鍵盤)控制,主動力反饋的操縱桿取代了傳統(tǒng)的被動彈性復(fù)原的操縱桿。全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)的作用更像一套飛行控制系統(tǒng),而不是傳統(tǒng)的潛艇自動駕駛儀。例如,來自操縱桿的輸入不再需要與水平舵的控制指令成比例,操作人員的輸入將被控制算法轉(zhuǎn)換成潛艇機(jī)動所需的最佳方案。這種方案將同時執(zhí)行所有水平舵的移動與壓載艙的調(diào)整,以實現(xiàn)最有效的控制。

        全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)比傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)更容易實現(xiàn)集成,因為全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)的整個水平操縱與潛浮控制功能只有一個輸入和輸出接口。全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)也是一種完全便攜式的系統(tǒng),能夠與開放式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相接。此外,全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)接口的簡易性使其很容易實現(xiàn)遙控操作,即操作人員在執(zhí)行任務(wù)期間,可以選擇在不同的位置來操控潛艇。

        該潛艇控制系統(tǒng)具有很多實時的可編程特征,這可以通過全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)內(nèi)置的功能來激活,還能夠利用自動駕駛儀反向驅(qū)動。因此,在潛艇的機(jī)動過程中,操縱桿可以通過程序控制自動移動以顯示向水平舵發(fā)送的指令。這一特性可使操縱更加安全(即顯示自動駕駛儀設(shè)定的指令是否合理),或者作為訓(xùn)練輔助(即對首次嘗試復(fù)雜操縱的新手進(jìn)行提示)。

        1)壓載控制原理

        全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)能夠自動控制潛艇的平衡和補(bǔ)償系統(tǒng),所以由海水密度變化、潛艇壓縮性或內(nèi)部管路引起的浮力變化無需人工干預(yù)就可完成校正。為避免泵和閥門經(jīng)常移動,平衡與補(bǔ)償?shù)淖詣涌刂票仨氉裱惶讎?yán)格的準(zhǔn)則。這套準(zhǔn)則能夠保證潛艇的隱身性能不會受到影響,同時平衡和補(bǔ)償系統(tǒng)的壽命不會低于手動控制的系統(tǒng)。

        表1 給出了采用不同類型的平衡和補(bǔ)償控制的優(yōu)缺點(diǎn),以二維方式為自動平衡和補(bǔ)償系統(tǒng)提供決策支持。

        表1 壓載控制選項Tab.1 Ballast control options

        2)全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)的內(nèi)部算法

        假定使用自動平衡與補(bǔ)償,全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)的操作流程如圖3所示。這些全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)中的基本控制元件算法提供與下述系統(tǒng)的接口:通信總線、人機(jī)接口、狀態(tài)顯示。

        圖3 全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)的操作流程Fig.3 Operation procedure of full authority submarine control system

        所有通過接口進(jìn)入全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)的信息將進(jìn)行有效性檢測,并且在進(jìn)入控制算法之前將無效信息濾掉。報警信息經(jīng)過處理顯示在狀態(tài)顯示屏上,狀態(tài)顯示屏還能夠提供諸如艦艇速度、深度和裝置狀態(tài)等信息。

        全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)的輸出信息進(jìn)入數(shù)據(jù)總線,并分配到相關(guān)的執(zhí)行裝置。為了監(jiān)視裝置的運(yùn)行情況,每臺執(zhí)行裝置的相對位置都會與所需的位置進(jìn)行對比。一旦檢測到故障,系統(tǒng)將進(jìn)入復(fù)位模式。

        3)人工/自動控制原理

        全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)的工作方式與飛機(jī)的“遙控自動駕駛儀”飛行控制系統(tǒng)類似,全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)可作為手動輸入與控制界面之間的接口。使用全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)可對潛艇深度或航向進(jìn)行手動控制的同時進(jìn)行其他模式的自動控制。然而,當(dāng)操縱桿用于設(shè)定、指示潛艇深度變化時,操作人員不再需要設(shè)定首水平舵和尾水平舵的角度。使用全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)時,移動操縱桿將獲得所需的縱搖角度(或在低速情況下調(diào)整深度)。然后,全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)會計算出水平角度以獲得期望的潛艇姿態(tài)。各種控制模式的輸入/輸出關(guān)系如圖4所示。

        圖4 全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)模式選擇Fig.4 Mode selection of full authority submarine control system

        圖4 給出了標(biāo)準(zhǔn)十字型尾舵情況下進(jìn)行全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)模式選擇的原理,類似的模式可用于X-水平舵和分離式尾水平舵組合的情況。

        每個操縱桿都具有復(fù)位模式,因此如果全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)處于離線狀態(tài)時,可用操縱桿中的電位計直接為水平舵提供信號。復(fù)位模式時,操縱桿的角度與水平舵的角度保持一致。因此,全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)的緊急模式與傳統(tǒng)手動控制工作方式相同。

        鍵盤輸入與傳統(tǒng)的電子自動駕駛儀相似,因為在給定縱搖和速率限制條件下可用于設(shè)定潛艇深度、縱搖和航向。

        4)手動操作原理

        潛艇的深度和航向分別或同時進(jìn)行手動控制是可行的。然而,為避免過多的說明,本節(jié)討論的潛艇深度和航向控制分別進(jìn)行。操縱桿基于斯特林動力公司的設(shè)計,這種操縱桿目前應(yīng)用在許多飛行模擬裝置中,如圖5所示。

        圖5 斯特林動力公司設(shè)計的操縱桿Fig.5 Joystick of stirling dynamics company

        ①手動深度控制

        在深度控制通道中,多種軟制動或制動器可以通過編程來顯示操作人員的執(zhí)行的深度變化(如慢速、正常、快速或5°,10°,15°)。然而,也可以選擇這些制動器之間的任何角度。

        圖6 中,在設(shè)定緩慢下潛方式時,將向全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)發(fā)送艇首下潛5°的指令。全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)中的算法對該指令進(jìn)行處理,并確保潛艇保持在指定的下潛狀態(tài)。當(dāng)接近目標(biāo)深度時,操作人員逐漸將操作桿移動到中心位置,全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)將使?jié)撏П3衷诋?dāng)前的深度。

        圖6 深度控制功能Fig.6 Depth control function

        如果潛艇處于潛望鏡深度,無需使用操縱桿來抵消海洋環(huán)境對潛艇的影響,可以由全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)內(nèi)部算法來實現(xiàn)。因此,在一定海況下以手動方式維持潛艇深度時,操作桿將置于中心位置,這種方式借鑒了直升機(jī)主動控制中的“無憂機(jī)動(carefree maneuvering)”理論。

        綜合了慢速、正常和快速深度變化的制動裝置是一種硬制動方式,越過這種方式,操作人員則無法移動操縱桿。由于安全或操作原因,硬制動能夠?qū)崟r連接,來限制強(qiáng)加的機(jī)動。例如,在靜止模式下,縱搖角度將受到限制,在高速運(yùn)動情況下,水平舵只允許2°或3°的調(diào)整空間。

        ②手動航向控制

        手動航向控制原理與手動深度控制原理類似如圖7所示。手動航向控制時,操縱桿放置角度可以表示潛艇航向的變化方向。此外,必要時需要引入硬制動來將機(jī)動期間舵產(chǎn)生的噪聲降到最低或在高速情況下控制舵的振幅。

        5)開放式架構(gòu)特征

        全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)的設(shè)計適應(yīng)開放式結(jié)構(gòu)環(huán)境,可以在潛艇的任何位置上接入數(shù)據(jù)總線,通過相同的數(shù)據(jù)總線,還能夠與操縱和下潛控制設(shè)備進(jìn)行無縫互動,如圖8所示。

        數(shù)據(jù)總線具有以下功能:

        操控系統(tǒng)與潛艇的設(shè)備進(jìn)行通信;

        潛艇浮出水面時,可利用艦橋中的便攜裝置進(jìn)行控制;

        圖7 航向控制功能Fig.7 Heading control function

        全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)通過接入無人潛航器(UUV)信號發(fā)送裝置的數(shù)據(jù)總線,來向UUV 傳輸控制數(shù)據(jù)。

        潛艇系統(tǒng)的精確模型與岸基模擬器進(jìn)行通信;

        潛艇??堪哆厱r,實際的潛艇系統(tǒng)與岸上的設(shè)備相連,提供??坑?xùn)練設(shè)施。

        圖8 全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)的開放式架構(gòu)特征Fig.8 Open architecture characteristics of full authority submarine control system

        全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)的開放式架構(gòu)特征能夠使其與現(xiàn)有的系統(tǒng)實現(xiàn)完美集成。目前斯特林動力公司和雷聲Anschutz 公司合作,將全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)與潛艇操縱顯控臺集成。

        6)與潛艇顯控臺集成

        S54型潛艇顯控臺是雷聲Anschutz 公司最新型的潛艇操縱顯控臺之一。S54 采用專業(yè)的方法保證安全性以及對潛艇的水平操控和潛浮的完全控制。S54 是一臺綜合自動駕駛儀,能夠由一名操作人員實現(xiàn)操作,如圖9所示。

        圖9 S54型潛艇駕駛控制臺Fig.9 Type S54 submarine driving console

        S54的設(shè)計能夠簡化為一套具有若干內(nèi)/外部接口、處理裝置的顯示系統(tǒng)與自動駕駛儀系統(tǒng)的集成,如圖10所示。

        圖10 S54 顯控臺設(shè)計示意圖Fig.10 Design sketch map of S54 console

        為了將全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)集成到顯控臺中,通過以太網(wǎng)連接的全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)替代了目前使用的自動駕駛儀處理器。

        這一改變將全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)的全部功能都集成到現(xiàn)有的潛艇操作顯控臺中。為了將全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)完全集成到顯控臺中,將需要對機(jī)械設(shè)備與操作方式進(jìn)行微小的改動。此外,對于平衡與補(bǔ)償系統(tǒng),將增加額外的操作接口或者對現(xiàn)有的接口或系統(tǒng)進(jìn)行修改。

        圖11 集成了全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)的S54 設(shè)計示意圖Fig.11 Design sketch map of S54 console integrate with full authority submarine control system

        3 結(jié) 語

        全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)的開發(fā)基于主動控制技術(shù)與潛艇自動控制領(lǐng)域多年的經(jīng)驗相融合。全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)最初的理念是設(shè)計一種超越所有現(xiàn)有安全特性的系統(tǒng)。為此,全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)借鑒了航空業(yè)的力反饋“遙控自動駕駛儀”的概念,并將這一概念應(yīng)用到潛艇操控過程中,同時將傳統(tǒng)潛艇操控系統(tǒng)中相對獨(dú)立的控制通道集成到一起,通過內(nèi)部的綜合優(yōu)化實現(xiàn)潛艇的最優(yōu)控制。

        全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)的概念目前還處于初期開發(fā)階段,正在進(jìn)行操縱桿的安全性及操控性能評估。全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)的接口協(xié)議正在開發(fā)過程中,目的是確保系統(tǒng)的靈活性以及充分利用全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)的安全性保證傳輸信號的精確。與此同時,控制算法也在開發(fā)過程中,并將與全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)集成。這些算法植入全權(quán)潛艇控制系統(tǒng)將使?jié)撏Ъ癠UV的水平操控與潛浮控制理念發(fā)生重大變化。

        [1]BRENDAN J,JENNIFER H.Full authority submarine control[C]//UDT EUROPE,2007.

        [2]Jane's Underwater Technology 2006-2007[M].

        [3]VINCENT VIGLIOTTI.Demonstration of submarine control of an unmanned aerial vehicle[J].Johns Hopkins Apl Technical Digest,1998,19(4):501-512.

        [4]LICEAGA C E,LICEAGA C J.Submarine depth control by individual channel design[J].Decision and Control,1998.Proceedings of the 37th IEEE Conference,1998(3):3183-3188.

        [5]JAMES J S,KENNETH W W.A submarine control system test vehicle[J].Naval Engineers Journal,1980,92(2):148-156.

        [6]Stirling-Dynamics company[EB/OL].http://www.stirlingdynamics.com.

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