CN114684335A - 一种用于水下移动平台的压力实验装置及压力跟踪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于水下移动平台的压力实验装置及压力跟踪方法，属于海洋装备检测技术领域，用于水下设备的压力检测试验，所述装置包括压力控制端、压力供给端、压力实验舱和监控终端；工作时，待测设备的油量值通过串口通信单元传输至模型计算终端，模型计算终端通过待测设备动力学模型计算得到深度值，压力传感器采集压力实验舱中的压力值并发送至压力采集单元，PID控制算法对输入的深度值和压力值实时对比，若压力实验舱中的压力值与待测设备的深度值不匹配，则电流采集控制单元和开关控制单元对压力供给端进行调节。本发明通过PID控制算法使得压力实验舱跟踪模型计算得到的深度值，完全模拟待测设备在水下自主运行的压力变化。
Description
技术领域
本发明公开了一种用于水下移动平台的压力实验装置及压力跟踪方法，属于海洋装备检测技术领域。
背景技术
海洋装备布放后无法进行实时监测其运行情况，需要通过其自主控制，实现对水下环境的探测，如水下滑翔机、自持式剖面浮标等，因此海洋装备的可靠性是其在海上长期稳定运行的关键。在研制和出厂之前，需要对其进行承压能力测试和运动可靠性测试。现有技术中压力实验舱针对海洋装备密封舱体的测试，主要是通过逐步升压和逐步降压实现，如CN212159140U公开的双推油源加压实验装置、CN112305954A公开的检测浮标浮力调节***的高压环境模拟试验台及模拟方法、CN207132905公开的一种深度剖面模拟装置，上述技术并没有实现对海洋装备的整机试验，没有阐述如何进行压力跟踪，未能完全模拟海洋装备在海上运行的情况。这些技术不能与测试海洋装备联动，无法实时计算海洋装备在水下的运动参数，缺少完全模拟海洋装备在水下运动时压力的变化的方案。
发明内容
本发明公开了一种用于水下移动平台的压力实验装置及压力跟踪方法，以解决现有技术中，缺少对水下移动平台进行完全模拟海洋装备在水下运动的整体压力测试装置的问题。
一种用于水下移动平台的压力实验装置，包括：压力控制端、压力供给端、压力实验舱和监控终端；
所述压力控制端包括采集控制终端和模型计算终端，所述采集控制终端包括压力采集单元、串口通信单元、电流采集控制单元和开关控制单元，所述模型计算终端包括开关协议；
所述压力供给端包括油缸、伺服阀、安全溢流阀、油箱、蓄能器、单向阀、过滤器、电磁溢流阀、柱塞泵和高压管件；
所述压力实验舱包括传感器接头、待测设备接头、摄像头接头、待测设备线缆、油囊、传感器线缆、待测设备、摄像头线缆、压力传感器和高压摄像头；
所述监控终端包括实时视频模块、录制视频模块和保存视频模块。
优选地，所述模型计算终端通过开关协议控制柱塞泵工作，根据压力采集单元获取的压力值和串口通信单元获取的油量及状态数据，进行待测设备动力学模型计算得到深度值，并输入到PID控制算法中进行处理；
电流采集控制单元控制伺服阀，所述开关控制单元控制柱塞泵、电磁溢流阀和过滤器。
优选地，所述高压管件用于压力供给端内部各个装置之间的连接；
柱塞泵的入口与油箱连接，出口与过滤器入口连接，过滤器的出口通过两条线路分别与电磁溢流阀的入口和单向阀的入口连接，电磁溢流阀的出口与油箱连接，单向阀的出口通过两条线路分别与伺服阀的P口和蓄能器连接，伺服阀的T口与油箱连接，A口与油缸的输入口连接，B口是截止的，油缸的输出口通过两条线路分别与安全溢流阀和压力实验舱内部的油囊连接。
优选地，电磁溢流阀和安全溢流阀用于保护管路，确保压力不超过设计极限，过滤器确保油路的液压油清洁度满足伺服阀的工作标准。
优选地，所述高压摄像头通过摄像头线缆连接摄像头接头，摄像头接头通过外部连接缆连接监控终端；
所述压力传感器通过传感器线缆连接传感器接头，传感器接头通过外部连接缆连接压力采集单元；
所述待测设备通过待测设备线缆连接待测设备接头，待测设备接头通过外部连接缆连接串口通信单元。
优选地，所述高压摄像头在进行实验时，观察和记录压力实验舱内部情况，所述摄像头线缆和传感器线缆为八芯水密线缆，所述待测设备通过配平在压力实验舱中达到悬浮状态。
一种用于水下移动平台的压力跟踪方法，使用所述的一种用于水下移动平台的压力实验装置，包括：
S1.在模型计算终端中设定目标深度值；
S2.所述模型计算终端通过串口通信单元向待测设备发送启动指令，待测设备进入下潜状态，开始回油，体积减小，深度值增加；
S3.待测设备的油量值通过串口通信单元传输至模型计算终端，模型计算终端通过待测设备动力学模型计算得到深度值，压力传感器采集压力实验舱中的压力值并发送至压力采集单元，所述深度值与压力值同时输入PID控制算法；
S4.PID控制算法对输入的深度值和压力值实时对比，若压力实验舱中的压力值与待测设备的深度值不匹配，则电流采集控制单元和开关控制单元对压力供给端进行调节；
S5.待测设备的深度值大于目标深度值时，待测设备进入上浮状态。
优选地，步骤S4包括：
若压力值需要增大，开关控制单元控制柱塞泵工作，给蓄能器充压，电流采集控制单元控制伺服阀调节开度，实时调节油缸输入口的压力，使油缸输入口的压力增大，此时油缸输出口输出液压油到油囊，油囊体积增大，使得压力实验舱压力增大。
优选地，步骤S4包括：
若压力值需要减小，开关控制单元控制柱塞泵工作，给蓄能器充压，电流采集控制单元控制伺服阀调节开度，实时调节油缸输入口的压力，使油缸输入口的压力减小，此时油囊的液压油回流向油缸输出口，油囊体积减小，使得压力实验舱压力减小。
优选地，步骤S5包括：串口通信单元向模型计算终端发送已进入上浮状态，待测设备开始排油，体积增大，深度值增减小。
与现有技术相比，本发明通过PID控制算法实现了压力实验舱内部压力的精确调节，压力实验舱内部压力实时跟踪动力学模型深度值，实现了压力实验舱的内部压力完全模拟待测设备在海上运行的压力变化，并能够实时观测压力实验舱内部情况；通过将油囊的油压转换成压力实验舱的水压，实现压力实验舱压力的精确调节；通过PID控制算法使得压力实验舱跟踪模型计算得到的深度值，完全模拟待测设备在水下自主运行的压力变化。
附图说明
图1是本发明的用于水下移动平台的压力实验装置的结构图；
图2是图1中的压力供给端和压力实验舱的结构图；
附图标记包括：1-油缸、2-伺服阀、3-安全溢流阀、4-油箱、5-蓄能器、6-单向阀、7-过滤器、8-电磁溢流阀、9-柱塞泵、10-高压管件、11-传感器接头、12-待测设备接头、13-摄像头接头、14-待测设备线缆、15-油囊、16-传感器线缆、17-待测设备、18-摄像头线缆、19-压力传感器、20-高压摄像头、21-压力供给端、22-压力实验舱、23-监控终端、24-实时视频模块、25-录制视频模块、26-保存视频模块、27-压力控制端、28-采集控制终端、29-模型计算终端、30-压力采集单元、31-串口通信单元、32-电流采集控制单元、33-开关控制单元、34-开关协议。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
一种用于水下移动平台的压力实验装置，包括：压力控制端27、压力供给端21、压力实验舱22和监控终端23；
所述压力控制端27包括采集控制终端28和模型计算终端29，所述采集控制终端28包括压力采集单元30、串口通信单元31、电流采集控制单元32和开关控制单元33，所述模型计算终端29包括开关协议34；
所述压力供给端21包括油缸1、伺服阀2、安全溢流阀3、油箱4、蓄能器5、单向阀6、过滤器7、电磁溢流阀8、柱塞泵9和高压管件10；
所述压力实验舱22包括传感器接头11、待测设备接头12、摄像头接头13、待测设备线缆14、油囊15、传感器线缆16、待测设备17、摄像头线缆18、压力传感器19和高压摄像头20；
所述监控终端23包括实时视频模块24、录制视频模块25和保存视频模块26。
所述模型计算终端29通过开关协议34控制柱塞泵9工作，根据压力采集单元30获取的压力值和串口通信单元31获取的油量及状态数据，进行待测设备动力学模型计算得到深度值，并输入到PID控制算法中进行处理；
电流采集控制单元32控制伺服阀2，所述开关控制单元33控制柱塞泵9、电磁溢流阀8和过滤器7。
所述高压管件10用于压力供给端21内部各个装置之间的连接；
柱塞泵9的入口与油箱4连接，出口与过滤器7入口连接，过滤器7的出口通过两条线路分别与电磁溢流阀8的入口和单向阀6的入口连接，电磁溢流阀8的出口与油箱4连接，单向阀6的出口通过两条线路分别与伺服阀2的P口和蓄能器5连接，伺服阀2的T口与油箱4连接，A口与油缸1的输入口连接，B口是截止的，油缸1的输出口通过两条线路分别与安全溢流阀3和压力实验舱22内部的油囊15连接。
电磁溢流阀8和安全溢流阀3用于保护管路，确保压力不超过设计极限，过滤器7确保油路的液压油清洁度满足伺服阀2的工作标准。
所述高压摄像头20通过摄像头线缆18连接摄像头接头13，摄像头接头13通过外部连接缆连接监控终端23；
所述压力传感器19通过传感器线缆16连接传感器接头11，传感器接头11通过外部连接缆连接压力采集单元30；
所述待测设备17通过待测设备线缆14连接待测设备接头12，待测设备接头12通过外部连接缆连接串口通信单元31。
所述高压摄像头20在进行实验时，观察和记录压力实验舱22内部情况，所述摄像头线缆18和传感器线缆16为八芯水密线缆，所述待测设备17通过配平在压力实验舱22中达到悬浮状态。
一种用于水下移动平台的压力跟踪方法，使用所述的一种用于水下移动平台的压力实验装置，包括：
S1.在模型计算终端29中设定目标深度值；
S2.所述模型计算终端29通过串口通信单元31向待测设备17发送启动指令，待测设备17进入下潜状态，开始回油，体积减小，深度值增加；
S3.待测设备17的油量值通过串口通信单元31传输至模型计算终端29，模型计算终端29通过待测设备动力学模型计算得到深度值，压力传感器19采集压力实验舱22中的压力值并发送至压力采集单元30，所述深度值与压力值同时输入PID控制算法；
S4.PID控制算法对输入的深度值和压力值实时对比，若压力实验舱22中的压力值与待测设备17的深度值不匹配，则电流采集控制单元32和开关控制单元33对压力供给端21进行调节；
S5.待测设备17的深度值大于目标深度值时，待测设备17进入上浮状态。
步骤S4包括：
若压力值需要增大，开关控制单元33控制柱塞泵9工作，给蓄能器5充压，电流采集控制单元32控制伺服阀2调节开度，实时调节油缸1输入口的压力，使油缸1输入口的压力增大，此时油缸1输出口输出液压油到油囊15，油囊15体积增大，使得压力实验舱22压力增大。
步骤S4包括：
若压力值需要减小，开关控制单元33控制柱塞泵9工作，给蓄能器5充压，电流采集控制单元32控制伺服阀2调节开度，实时调节油缸1输入口的压力，使油缸1输入口的压力减小，此时油囊15的液压油回流向油缸1输出口，油囊15体积减小，使得压力实验舱22压力减小。
步骤S5包括：串口通信单元31向模型计算终端29发送已进入上浮状态，待测设备17开始排油，体积增大，深度值增减小。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于水下移动平台的压力实验装置，其特征在于，包括：压力控制端、压力供给端、压力实验舱和监控终端；
所述压力控制端包括采集控制终端和模型计算终端，所述采集控制终端包括压力采集单元、串口通信单元、电流采集控制单元和开关控制单元，所述模型计算终端包括开关协议；
所述压力供给端包括油缸、伺服阀、安全溢流阀、油箱、蓄能器、单向阀、过滤器、电磁溢流阀、柱塞泵和高压管件；
所述压力实验舱包括传感器接头、待测设备接头、摄像头接头、待测设备线缆、油囊、传感器线缆、待测设备、摄像头线缆、压力传感器和高压摄像头；
所述监控终端包括实时视频模块、录制视频模块和保存视频模块。
2.根据权利要求1所述的一种用于水下移动平台的压力实验装置，其特征在于，所述模型计算终端通过开关协议控制柱塞泵工作，根据压力采集单元获取的压力值和串口通信单元获取的油量及状态数据，进行待测设备动力学模型计算得到深度值，并输入到PID控制算法中进行处理；
电流采集控制单元控制伺服阀，所述开关控制单元控制柱塞泵、电磁溢流阀和过滤器。
3.根据权利要求1所述的一种用于水下移动平台的压力实验装置，其特征在于，所述高压管件用于压力供给端内部各个装置之间的连接；
柱塞泵的入口与油箱连接，出口与过滤器入口连接，过滤器的出口通过两条线路分别与电磁溢流阀的入口和单向阀的入口连接，电磁溢流阀的出口与油箱连接，单向阀的出口通过两条线路分别与伺服阀的P口和蓄能器连接，伺服阀的T口与油箱连接，A口与油缸的输入口连接，B口是截止的，油缸的输出口通过两条线路分别与安全溢流阀和压力实验舱内部的油囊连接。
4.根据权利要求3所述的一种用于水下移动平台的压力实验装置，其特征在于，电磁溢流阀和安全溢流阀用于保护管路，确保压力不超过设计极限，过滤器确保油路的液压油清洁度满足伺服阀的工作标准。
5.根据权利要求1所述的一种用于水下移动平台的压力实验装置，其特征在于，所述高压摄像头通过摄像头线缆连接摄像头接头，摄像头接头通过外部连接缆连接监控终端；
所述压力传感器通过传感器线缆连接传感器接头，传感器接头通过外部连接缆连接压力采集单元；
所述待测设备通过待测设备线缆连接待测设备接头，待测设备接头通过外部连接缆连接串口通信单元。
6.根据权利要求5所述的一种用于水下移动平台的压力实验装置，其特征在于，所述高压摄像头在进行实验时，观察和记录压力实验舱内部情况，所述摄像头线缆和传感器线缆为八芯水密线缆，所述待测设备通过配平在压力实验舱中达到悬浮状态。
7.一种用于水下移动平台的压力跟踪方法，其特征在于，使用根据权利要求1-6任一所述的一种用于水下移动平台的压力实验装置，包括：
S1.在模型计算终端中设定目标深度值；
S2.所述模型计算终端通过串口通信单元向待测设备发送启动指令，待测设备进入下潜状态，开始回油，体积减小，深度值增加；
S3.待测设备的油量值通过串口通信单元传输至模型计算终端，模型计算终端通过待测设备动力学模型计算得到深度值，压力传感器采集压力实验舱中的压力值并发送至压力采集单元，所述深度值与压力值同时输入PID控制算法；
S4.PID控制算法对输入的深度值和压力值实时对比，若压力实验舱中的压力值与待测设备的深度值不匹配，则电流采集控制单元和开关控制单元对压力供给端进行调节；
S5.待测设备的深度值大于目标深度值时，待测设备进入上浮状态。
8.根据权利要求7所述的一种用于水下移动平台的压力跟踪方法，其特征在于，步骤S4包括：
若压力值需要增大，开关控制单元控制柱塞泵工作，给蓄能器充压，电流采集控制单元控制伺服阀调节开度，实时调节油缸输入口的压力，使油缸输入口的压力增大，此时油缸输出口输出液压油到油囊，油囊体积增大，使得压力实验舱压力增大。
9.根据权利要求8所述的一种用于水下移动平台的压力跟踪方法，其特征在于，步骤S4包括：
若压力值需要减小，开关控制单元控制柱塞泵工作，给蓄能器充压，电流采集控制单元控制伺服阀调节开度，实时调节油缸输入口的压力，使油缸输入口的压力减小，此时油囊的液压油回流向油缸输出口，油囊体积减小，使得压力实验舱压力减小。
10.根据权利要求9所述的一种用于水下移动平台的压力跟踪方法，其特征在于，步骤S5包括：串口通信单元向模型计算终端发送已进入上浮状态，待测设备开始排油，体积增大，深度值增减小。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220701 |