基于CAN总线的自主水下航行器分布式控制系统设计

董权威，王奥博，岳才谦，王亭亭

(中国航天空气动力技术研究院，北京 100074)

0 引言

海洋作为资源丰富的能量储备空间，有着十分重要的意义，同时伴随着人类认识海洋、开发海洋和保护海洋的进程不断发展，拓展海洋权益已日益成为各国争先发展的重要目标。作为海洋开发的重要平台，自主水下航行器(AUV,autonomous underwater vehicle)可以在无人控制的状态下全天候、多航时地自主完成水下任务，成为在民用领域和军用领域中重要的海洋开发和安全保障的工具，并且获得广泛应用[1]。民用领域，如海图绘制、地形勘察和海底设备维护等；军用领域，如海上预警、海底对抗、水下情报搜索、水下目标搜索与打击和战区探测等[2-4]。

作为AUV的关键技术，控制系统设计的好坏决定了AUV系统运行的可靠性与稳定性等性能是否满足设计要求。传统的AUV控制系统多采用集中式，即AUV的航行控制、任务管理与分配等均通过一台主控计算机实现，当主控计算机遇到故障而无法正常工作时，则AUV整个控制系统则面临瘫痪的问题，因此难以保证系统运行的可靠性。此外还存在计算量大的问题，难以同时完成水下复杂的航行任务，如导航解算、运动控制、航路规划、图像数据采集与处理等。而分布式CAN总线串行通信网络通信距离远、通信速率高、连接节点多、通信实时性强等特点，其可靠性与高性能已得到广泛认同，在工业自动化、船舶工程与工业设备等领域具有广泛的应用[5-6]。

由于CAN总线可同时搭载多个节点，理论上没有限制，受总线上实际电气负载与时延的限制，随着CAN总线上连接的节点增加，通信速度降低，连接的节点减少，则通信速度提高[7-8]。……