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科学时报(2010.08.10):独一无二的“大脑和中枢神经”
2011-08-11     | 【】【打印】【关闭
“今年海试由于任务增加、各参研单位跟船出海名额削减,我就没去,让给一线操作人员了。”接受《科学时报》采访时,电话那头的王晓辉尽管略显遗憾,但更多的是自信和欣慰。“根据各方情况反馈,我们负责的控制系统表现非常稳定,现场没有太多需要攻关、改进、调试的部分。”
虽然目前与海试现场无法进行电话沟通,但是,作为“蛟龙”号副总设计师,中国科学院沈阳自动化研究所水下机器人研究室主任王晓辉通过电子邮件及时了解了此次“蛟龙”号5000米级海试的最新进展。
中科院沈阳自动化所是“蛟龙”号载人潜水器项目的主要参研单位之一,承担了载人潜水器控制系统的研究开发工作。
载人潜水器是智能机器,即使有人坐在里面操作,仍需要很多自动化控制功能。控制系统被形象地比喻为载人潜水器的“大脑和中枢神经”。它采集载人驾驶员的操作指令及各种传感器的反馈信息,通过控制系统的分析和判断,输出指令控制各种执行机构,使潜水器完成各种动作,同时又将全部信息进行存储,重要信息在人机界面上进行显示,为潜航员驾驶和指挥员决策提供参考依据。
“蛟龙”号的控制系统主要分为航行控制、导航定位、综合信息显示与控制3个部分。“这3个部分都是我们负责,因为这对于从事水下机器人研发超过30年的中科院沈阳自动化所来说,正是强项。”王晓辉说。
航行控制,除了常规的信息检测与操作控制,还有两个更高级的功能。
一个是自动航行。潜航员只需按一下开关,发出指令让潜水器沿着某一航向航行,整个航向的保持就交给控制系统自动完成了。除了航向,潜水器还可自动保持在一定的水下深度、离海底的高度。自动航行可使潜航员在驾驶潜水器时,减轻部分劳动强度,放心从事其他工作。
另一个是悬停定位。潜航员对某一目标进行机械手作业时需要潜水器保持稳定,也需要控制系统来完成,使潜水器在机械手作业时不受海流、浮力、重力等影响,这样潜航员就可以集中精力操纵机械手。
“蛟龙”号总设计师徐芑南认为,自动航行功能和悬停定位功能是“蛟龙”号的领先优势之一,这两项功能使“蛟龙”号便于目标搜索和定位,可以在海底自由前后航行。
在陆地上可以通过GPS进行定位,但在水下由于没有参考点,定位非常困难。潜水器在水下的导航需要导航传感器加一定的导航控制软件来实现。
目前常用的方式是通过声学来定位,确定潜水器与母船之间的相对位置。“"蛟龙"号的定位传感器系统由声学所负责,我们将传感器的信息解算后给出潜水器的位置状态。”王晓辉强调,“蛟龙”号的很多技术单靠一家单位无法实现,必须依靠各单位通力协作。“参加"蛟龙"号攻关的约100家国内科研机构与企业是一个团队。”
综合信息显示与控制系统负责搜集各个传感器信息,将信息以直观的形式表现在载人舱内的计算机屏幕上,随时供潜航员掌握,并将反馈信息、指令信息等能搜集到的各类信息全部记录在硬盘上,同时,潜水器通过水声通讯与水面控制台交互信息,控制系统负责把信息解算出来,在水面控制台的计算机上显示并记录,水面控制台再把关键信息转发到现场指挥部,供更多的科学家与相关工作人员参考。
“此套控制系统是专为"蛟龙"号开发的"独生子"。”王晓辉说,“我们根据"蛟龙"号的总体设计要求并配合其他子系统的设计,自主研发了这套独一无二的控制系统。”
自2002年以来,中科院沈阳自动化所近20人的团队参与了深海载人潜水器控制系统的研究、开发、试验、组装、调试、交付总装直到海试等各个阶段的工作。
在王晓辉看来,“蛟龙”号每深入一步都具有里程碑意义。“1000米级,是从无到有的技术突破;3000米级,是从有到可用的重大转折;5000米级,是海上试验结合具体应用的显著标志。”
明年冲击7000米深度,是“蛟龙”号的最初设计目标,也是交付使用前的终极目标。届时它的工作范围可覆盖全球海洋99.8%的区域。
“在这之前还有很多工作要做。”王晓辉表示,对于控制系统来说,完成5000米级海试后主要进行两方面工作:一是常规的维修维护保养,二是配合其他系统乃至全系统完成各种改进工作。“任何一个环节出现问题,7000米的目标都有可能受到影响。”
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