本發(fā)明涉及現(xiàn)代三角帆船帆的自動(dòng)控制領(lǐng)域，尤其涉及使用最大船速跟蹤和自學(xué)習(xí)方法的主帆自動(dòng)控制裝置。
背景技術(shù)：
：帆船作為綠色、時(shí)尚的紳士運(yùn)動(dòng)，受到了越來(lái)越多人的喜愛(ài)，但帆船的操作特別是帆的操作需要技巧和經(jīng)驗(yàn)。由于每艘船的結(jié)構(gòu)和性能不同，不同類型的船、或者同一條船采用不同的帆都會(huì)對(duì)船舶的速度性能產(chǎn)生影響，要準(zhǔn)確繪出每一條船的風(fēng)舷角-風(fēng)速-速度曲線圖是不容易的，因?yàn)槟軐?duì)帆船速度產(chǎn)生影響的因素太多了。通常情況下，實(shí)現(xiàn)帆船不同航行狀態(tài)下帆的控制是一件很復(fù)雜的事情，人工控制帆主要是通過(guò)觀察帆正面和背面的飄帶飛揚(yáng)狀態(tài)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和技巧來(lái)調(diào)整帆的收和松。航向、風(fēng)向稍有改變甚至收緊和放松斜拉繩或者換一種帆都會(huì)改變帆的迎風(fēng)狀態(tài)，從而使最優(yōu)帆角產(chǎn)生偏移，繚手需要頻繁地調(diào)整帆的位置才能保持帆船的最佳速度，如果長(zhǎng)途航行的話是很消耗體力的。現(xiàn)有關(guān)于帆的自動(dòng)控制方法總體可以分為兩種，一種是駕駛員使用機(jī)械裝置間接控制帆，裝置接收駕駛員控制指令執(zhí)行收帆動(dòng)作或張帆動(dòng)作。另一種是根據(jù)檢測(cè)到的風(fēng)向、風(fēng)速等數(shù)據(jù)，自動(dòng)控制到程序已經(jīng)設(shè)定好的帆角。中安消技術(shù)有限公司提出的“一種風(fēng)帆控制機(jī)構(gòu)、控制方法及帆船”的發(fā)明方案中自動(dòng)控帆是第一種模式。上?，m伊玻璃鋼船艇有限公司提出的“一種龍骨帆船的自動(dòng)控帆系統(tǒng)”的發(fā)明方案中自動(dòng)控帆是第二種模式。這兩種模式的不足之處有：一是控帆所依據(jù)數(shù)據(jù)只有風(fēng)舷角或風(fēng)速，沒(méi)有考慮到船舶的傾斜等其它數(shù)據(jù)。二是沒(méi)有最佳船速檢測(cè)系統(tǒng)，不能完全發(fā)揮出帆的性能而產(chǎn)生最高的速度。三是系統(tǒng)沒(méi)有自我學(xué)習(xí)和更新功能，系統(tǒng)設(shè)置好的控制程序不能很好的適應(yīng)更多的環(huán)境和帆船變化。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明設(shè)計(jì)使用一種使用最大船速跟蹤和自學(xué)習(xí)方法的主帆控制裝置，能夠產(chǎn)生更接近于富有經(jīng)驗(yàn)的船員操縱出來(lái)的速度，使用本發(fā)明裝置的帆船會(huì)有更好的速度表現(xiàn)。本發(fā)明的主要目的在于能夠更好的實(shí)現(xiàn)主帆的控制、減輕帆船駕駛體力勞動(dòng)強(qiáng)度。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，使帆船能自動(dòng)在不同的風(fēng)向、風(fēng)速、傾斜狀態(tài)和航向中獲取最大的風(fēng)力，并具有系統(tǒng)的終身學(xué)習(xí)能力，本發(fā)明的技術(shù)方案通過(guò)以下幾個(gè)方面予以闡述：一、為使本發(fā)明的方法和裝置更容易理解，本發(fā)明相關(guān)的概念及定義如下：1.視風(fēng)向與船首線的夾角為風(fēng)舷角，記為qw，右舷受風(fēng)，風(fēng)舷角為正數(shù)；左舷受風(fēng)，風(fēng)舷角為負(fù)數(shù)。2.主帆橫桿與船首向反方向的角度稱為帆角，記為θ，帆在右舷時(shí)帆角為正，帆在左舷時(shí)帆角為負(fù)。3.mst，最大船速跟蹤(maximumspeedtracking)。4.控帆數(shù)據(jù)表，控制帆船帆的數(shù)據(jù)表，列出了和帆的角度有關(guān)的數(shù)據(jù)。表中有風(fēng)舷角、風(fēng)速、橫傾角、縱傾角、航速和帆角六種類型的數(shù)據(jù)。初始值只給出了風(fēng)舷角和帆角的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，風(fēng)速、橫傾角、縱傾角和航速的數(shù)據(jù)通過(guò)自學(xué)習(xí)獲得。該表初始值中風(fēng)舷角和帆角的對(duì)應(yīng)關(guān)系是根據(jù)下面3個(gè)特殊狀態(tài)得到的，其他數(shù)據(jù)線性內(nèi)插：1)頂風(fēng)-近風(fēng)(風(fēng)舷角為0°—±45°，約90°的禁航區(qū)，帆船在此范圍內(nèi)無(wú)法航行)，主帆收緊(帆角為0°)；2)正橫風(fēng)(風(fēng)舷角為90°和-90°)，主帆放出一半(帆角為-45°和45°)3)順風(fēng)(風(fēng)舷角為180°或-180°)，主帆完全放出(帆角為-90°或90°)。表1控帆數(shù)據(jù)表風(fēng)舷角qw風(fēng)速ω橫傾縱傾航速對(duì)應(yīng)帆角θ00102030……450……90-45……180-90-18090……-9045……-45000控帆數(shù)據(jù)表初始數(shù)據(jù)沒(méi)有風(fēng)速、橫傾角、縱傾角和航速的數(shù)據(jù)，這四種數(shù)據(jù)在啟動(dòng)mst程序后自主學(xué)習(xí)獲得，并且對(duì)應(yīng)的帆角也會(huì)更新。正順風(fēng)狀態(tài)是左舷風(fēng)和右舷風(fēng)的臨界值，帆角很不穩(wěn)定，航行時(shí)應(yīng)避免長(zhǎng)時(shí)間處于該種狀態(tài)。5.控帆數(shù)據(jù)表的數(shù)據(jù)種類，是指風(fēng)舷角、風(fēng)速、橫傾角、縱傾角、航速和帆角，共有六種。本發(fā)明中風(fēng)舷角、橫傾角、縱傾角和帆角的默認(rèn)精度為1°，風(fēng)速默認(rèn)精度為1m/s。適航風(fēng)速默認(rèn)極限值為18m/s，橫傾默認(rèn)極限值為左右各45°，縱傾默認(rèn)極限值為前后各20°。對(duì)應(yīng)的，每一個(gè)風(fēng)舷角對(duì)應(yīng)18個(gè)風(fēng)速數(shù)據(jù)，每一個(gè)風(fēng)速對(duì)應(yīng)90個(gè)橫傾數(shù)據(jù)，每一個(gè)橫傾角對(duì)應(yīng)40個(gè)縱傾角數(shù)據(jù)，每一個(gè)縱傾角對(duì)應(yīng)一個(gè)帆角數(shù)據(jù)。因此，風(fēng)舷角數(shù)據(jù)有360個(gè)；風(fēng)速數(shù)據(jù)為6480個(gè)，橫傾角數(shù)據(jù)為583200個(gè)，縱傾角數(shù)據(jù)為23328000個(gè)，縱傾角與航速和帆角一一對(duì)應(yīng)。以上精度、極限值等數(shù)據(jù)可以通過(guò)人機(jī)交互界面進(jìn)行自定義設(shè)置，相對(duì)應(yīng)的每層數(shù)據(jù)量也會(huì)發(fā)生變化。6.pid控制器，是一種反饋回路部件，由比例單元p、積分單元i和微分單元d組成。7.帆角維持，是在風(fēng)舷角、風(fēng)速、橫傾角、縱傾角都不變的情況下，維持帆角在已經(jīng)控制到的角度穩(wěn)定不變，本發(fā)明是利用pid控制器來(lái)進(jìn)行帆角維持的。8.最大船速跟蹤和自學(xué)習(xí)，是指在電機(jī)組已經(jīng)根據(jù)當(dāng)前的風(fēng)舷角運(yùn)轉(zhuǎn)到控帆數(shù)據(jù)表中對(duì)應(yīng)的帆角之后，在風(fēng)舷角、風(fēng)速、橫傾角、縱傾角都穩(wěn)定不變的情況下，通過(guò)本發(fā)明的控制方法實(shí)現(xiàn)帆船速度最大，達(dá)到和富有經(jīng)驗(yàn)的船員能控制出來(lái)的速度一樣，并更新控帆數(shù)據(jù)表中的風(fēng)舷角、風(fēng)速、橫傾角、縱傾角、航速和帆角的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自學(xué)習(xí)。9.絞盤，是一種安裝在電機(jī)組轉(zhuǎn)軸上的線盤，通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)撩繩的收和放。10.撩繩，是一種通過(guò)收縮或放松控制橫桿位置(即帆角)的繩索。二、本發(fā)明使用最大船速跟蹤和自學(xué)習(xí)方法的主帆自動(dòng)控制裝置的技術(shù)方案如下：本發(fā)明包括風(fēng)速風(fēng)向儀、多普勒計(jì)程儀、帆角檢測(cè)儀、姿態(tài)儀、控制器、電機(jī)組、顯示器、mst按鈕。在帆船桅桿頂端安裝風(fēng)向風(fēng)速儀，在帆船底部安裝多普勒計(jì)程儀，在橫桿與桅桿之間安裝帆角檢測(cè)儀，船舯安裝姿態(tài)儀，船舷上安裝控制器、顯示器和電機(jī)組。風(fēng)速風(fēng)向儀，是一種能測(cè)量風(fēng)舷角和風(fēng)速的傳感儀器；多普勒計(jì)程儀是一種能夠測(cè)量船速的傳感儀器；帆角檢測(cè)儀是能夠測(cè)量帆船橫桿位置的傳感儀器；姿態(tài)儀是一種能夠檢測(cè)船舶橫傾和縱傾狀態(tài)的傳感儀器；控制器用于傳感器數(shù)據(jù)的讀取、處理和存儲(chǔ),并向電機(jī)組下達(dá)指令；電機(jī)組能夠執(zhí)行傳感器的指令使繚繩產(chǎn)生收或放的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整橫桿位置(即帆角)；顯示器顯示內(nèi)容有：時(shí)間、風(fēng)舷角、風(fēng)速、航速、車鐘位(l/m/h檔位)、帆操縱模式、mst按鈕等數(shù)據(jù)。帆操縱模式有：帆自動(dòng)控制模式與帆手動(dòng)控制模式。l檔位對(duì)應(yīng)航速小于5節(jié)，m檔位對(duì)應(yīng)航速小于10節(jié),h檔位對(duì)應(yīng)航速大于15節(jié)。只有按下mst按鈕，控制器才會(huì)啟動(dòng)mst和控制程序自更新功能。三、本發(fā)明使用最大船速跟蹤和自學(xué)習(xí)方法的主帆自動(dòng)控制裝置的控制步驟如下：步驟一：開航前通過(guò)人機(jī)交互界面設(shè)置控制器處理風(fēng)速風(fēng)向儀、多普勒計(jì)程儀、帆角檢測(cè)儀、姿態(tài)儀數(shù)據(jù)的精度、極限值。步驟二：風(fēng)速風(fēng)向儀、多普勒計(jì)程儀、帆角檢測(cè)儀、姿態(tài)儀采集數(shù)據(jù)；步驟三：控制器實(shí)時(shí)讀取傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)控帆數(shù)據(jù)表處理數(shù)據(jù)，并輸出控制指令到電機(jī)組；步驟四：電機(jī)組根據(jù)控制器的控制指令通過(guò)絞盤和繚繩控制主帆，使帆角達(dá)到指定角度；步驟五：檢測(cè)船舶傾斜姿態(tài)是否在設(shè)定的安全范圍內(nèi)，否則松帆到安全值。步驟六：通過(guò)pid控制器進(jìn)行帆角維持。步驟七：如果檢測(cè)到風(fēng)舷角、風(fēng)速、橫傾角、縱傾角的改變，重復(fù)上面步驟。步驟八：如果檢測(cè)到按下mst按鈕，開始最大船速跟蹤和自學(xué)習(xí)步驟。步驟九：判斷此時(shí)帆角和最優(yōu)帆角的大小關(guān)系。記錄帆角θ和船速v，收帆到θ’，檢測(cè)此時(shí)v’，比較v和v’的大小關(guān)系，有兩種結(jié)果(由于帆角發(fā)生了變化，v和v’不會(huì)出現(xiàn)相等的情況)。步驟十：如果v’＞v，說(shuō)明此時(shí)帆角比最優(yōu)帆角大，應(yīng)該開始收帆，轉(zhuǎn)到步驟十二。否則進(jìn)行步驟十一。步驟十一：v’＜v，說(shuō)明此時(shí)帆角比最優(yōu)帆角小，應(yīng)該開始松帆，轉(zhuǎn)到步驟十三。步驟十二：使帆角向最優(yōu)帆角靠近。收帆到θ’，測(cè)船速v’，判斷v’＞v，如果是，則θ＝θ’。重復(fù)步驟十二，直到v’＜v。如果檢測(cè)船舶傾斜姿態(tài)超過(guò)了設(shè)定的安全范圍，則松帆到安全值。轉(zhuǎn)到步驟十四。步驟十三：使帆角向最優(yōu)帆角靠近。松帆到θ’，測(cè)船速v’，判斷v’＞v，如果是，則θ＝θ’。重復(fù)步驟十三，直到v’＜v。如果檢測(cè)船舶傾斜姿態(tài)超過(guò)了設(shè)定的安全范圍，則松帆到安全值。轉(zhuǎn)到步驟十四。步驟十四：記錄此時(shí)風(fēng)速、橫傾角、縱傾角和航速數(shù)據(jù)，此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤到最大船速，結(jié)束最大船速跟蹤和自學(xué)習(xí)步驟，轉(zhuǎn)到步驟六。四、本發(fā)明具有如下效果和優(yōu)點(diǎn)：1.本發(fā)明改善裝置結(jié)構(gòu)并加入姿態(tài)傳感器，能夠保證在自動(dòng)控帆時(shí)船舶傾斜在安全值之內(nèi)。一般而言，在對(duì)帆的手動(dòng)操作過(guò)程中，在追求最大船速的時(shí)候，如果船舶傾斜姿態(tài)過(guò)大，會(huì)采取松帆卸力降低傾斜幅度的方法，本發(fā)明模擬這一過(guò)程，在保持安全的前提下，也保持船舶速度的最優(yōu)。2.本發(fā)明提出控帆數(shù)據(jù)表，控帆所依據(jù)的數(shù)據(jù)有風(fēng)舷角、風(fēng)速、橫傾角、縱傾角四種，因而裝置對(duì)環(huán)境的“敏感度”增加，能夠更好地適應(yīng)環(huán)境并根據(jù)變化做出更精確的反應(yīng)?？胤珨?shù)據(jù)表中記錄有航速數(shù)據(jù)，可以用來(lái)繪制帆船速度曲線圖，這將會(huì)對(duì)帆船速度性能分析很有幫助。3.本發(fā)明提出一種新的帆船主帆自動(dòng)控制裝置和一種最大船速跟蹤和自學(xué)習(xí)方法。既可以根據(jù)控帆數(shù)據(jù)表中的風(fēng)舷角數(shù)據(jù)快速直接地控制帆角到達(dá)指定位置，還具有自學(xué)習(xí)、自更新的功能?？梢宰畲蟪潭鹊氖褂蔑L(fēng)動(dòng)力使帆船獲得最佳的速度。另外，更加詳細(xì)和準(zhǔn)確的初始控帆數(shù)據(jù)表也可以在出廠前設(shè)置完畢。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明主帆自動(dòng)控制裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明主帆自動(dòng)控制裝置的一個(gè)實(shí)施例的模塊示意圖。圖3是本發(fā)明主帆自動(dòng)控制裝置的原理圖。圖4是本發(fā)明最大船速跟蹤和自學(xué)習(xí)方法的流程圖。圖5是風(fēng)舷角示意圖。圖6是帆角示意圖。圖7是帆船航向示意圖。圖8是本發(fā)明控帆數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)種類圖。圖9是最佳帆角和初始帆角的關(guān)系示意。具體實(shí)施方式以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的帆船的結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明的主帆自動(dòng)控制裝置包括：風(fēng)速風(fēng)向儀100、帆角檢測(cè)儀101、姿態(tài)儀102、多普勒計(jì)程儀103、電機(jī)組104、控制器105、顯示器106。在帆船桅桿頂端安裝風(fēng)向風(fēng)速儀100，在帆船底部安裝多普勒計(jì)程儀103，在橫桿與桅桿之間安裝帆角檢測(cè)儀101，船舯安裝姿態(tài)儀102，船舷上安裝控制器105、顯示器106和電機(jī)組104。風(fēng)速風(fēng)向儀100是測(cè)量風(fēng)舷角和風(fēng)速的傳感儀器；多普勒計(jì)程儀103是測(cè)量船速的傳感儀器；帆角檢測(cè)儀101是測(cè)量帆船橫桿位置的傳感儀器；姿態(tài)儀102是一種能夠檢測(cè)船舶橫傾和縱傾狀態(tài)的傳感儀器；控制器105用于傳感器數(shù)據(jù)的讀取、處理和存儲(chǔ),并向電機(jī)組104下達(dá)指令；電機(jī)組104執(zhí)行傳感器的指令使繚繩產(chǎn)生收或放的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整橫桿位置(即帆角)；顯示器顯示內(nèi)容有：時(shí)間，風(fēng)舷角、風(fēng)速、航速、車鐘位(l/m/h檔位)、mst按鈕等數(shù)據(jù)，l檔位對(duì)應(yīng)航速小于5節(jié)，m檔位對(duì)應(yīng)航速小于10節(jié),h檔位對(duì)應(yīng)航速大于15節(jié)。只有按下mst按鈕，控制器才會(huì)啟動(dòng)mst和控制程序自更新功能。圖2是本發(fā)明主帆自動(dòng)控制裝置的一個(gè)實(shí)施例的模塊示意圖。傳感模塊201，包括風(fēng)速風(fēng)向儀100、帆角檢測(cè)儀101、姿態(tài)儀102、多普勒計(jì)程儀103；控制模塊202，包括控制器105、存儲(chǔ)器等；運(yùn)動(dòng)模塊203，包括電機(jī)組104、絞盤、撩繩等；人機(jī)交互模塊204，包括顯示器106、mst按鈕等。圖3是本發(fā)明主帆自動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖，整個(gè)流程可以分為自動(dòng)控制步驟和最大船速跟蹤和自學(xué)習(xí)控制步驟兩部分。自動(dòng)控制步驟：風(fēng)舷角由風(fēng)速風(fēng)向儀100實(shí)時(shí)檢測(cè)，并轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)放大、濾波后，由a/d變換器將模擬量變換成數(shù)字量，將測(cè)得的數(shù)據(jù)傳入控制器105進(jìn)行分析并存儲(chǔ)，在控制器105中根據(jù)控帆數(shù)據(jù)表找到風(fēng)舷角對(duì)應(yīng)的帆角，再經(jīng)d/a變換成電流信號(hào)，控制電機(jī)組帶動(dòng)絞盤系撩繩組拉動(dòng)主帆橫桿調(diào)節(jié)帆角，同時(shí)帆角檢測(cè)儀101實(shí)時(shí)測(cè)量帆角度數(shù)，并反饋回控制器105與控制器105中所設(shè)置的帆角期望值比較后產(chǎn)生偏差信號(hào)，再經(jīng)d/a變換成電流信號(hào)，改變電流的大小控制電機(jī)組調(diào)節(jié)帆角，即使有外界干擾，也能達(dá)到控制帆角保持在期望值的目的；最大船速跟蹤和自學(xué)習(xí)控制步驟：按下mst按鈕后，將帆角檢測(cè)儀101測(cè)得原始帆角θ和多普勒計(jì)程儀103測(cè)得的船速v傳送到控制器105中存儲(chǔ)，控制器105根據(jù)帆角θ計(jì)算出相應(yīng)的控制量，經(jīng)d/a變換成電流信號(hào)，控制電機(jī)組104帶動(dòng)絞盤系撩繩組來(lái)控制主帆橫桿收帆，調(diào)節(jié)帆角為θ’，同時(shí)，多普勒計(jì)程儀103測(cè)量此時(shí)的船速v’，并反饋回控制器105，控制器105比較v’與v的大小關(guān)系：若v’較大，則進(jìn)一步收帆，直到v’小于v，此時(shí)控制器105記錄最優(yōu)帆角θ，并存儲(chǔ)風(fēng)速風(fēng)向儀100測(cè)量的風(fēng)速、風(fēng)舷角數(shù)據(jù)，姿態(tài)儀102測(cè)量的橫傾角、縱傾角數(shù)據(jù)；若v’較小，則松帆，直到v’大于v，此時(shí)控制器105記錄最優(yōu)帆角θ，并存儲(chǔ)風(fēng)速風(fēng)向儀100測(cè)量的風(fēng)速、風(fēng)舷角數(shù)據(jù)，姿態(tài)儀102測(cè)量的橫傾角、縱傾角數(shù)據(jù)；整個(gè)過(guò)程中，姿態(tài)儀102始終實(shí)時(shí)檢測(cè)船舶的橫傾角和縱傾角，并將數(shù)據(jù)反饋回控制器105中，一旦有任何一個(gè)數(shù)值超出設(shè)定的極限值時(shí)，則執(zhí)行松帆操作控制，直至橫傾角或縱傾角不再超出極限值，此時(shí)記錄最優(yōu)帆角θ，并更新控帆數(shù)據(jù)表中風(fēng)速、風(fēng)舷角、橫傾角、縱傾角的數(shù)據(jù)，至此實(shí)現(xiàn)了最大船速跟蹤和自學(xué)習(xí)的控制；然后，轉(zhuǎn)到自動(dòng)控制步驟。圖4是本發(fā)明最大船速跟蹤和自學(xué)習(xí)方法的流程圖。在檢測(cè)到按下mst按鈕后，記下當(dāng)時(shí)的原始帆角θ、船速v，然后判斷此時(shí)帆角和最優(yōu)帆角的大小關(guān)系，收帆到θ’，比較此時(shí)v’和v的大小關(guān)系：如果v’較大，則進(jìn)一步收帆，令θ＝θ’，v＝v’，直到v’小于v，記錄此時(shí)風(fēng)速、橫傾角、縱傾角、帆角數(shù)據(jù)；如果v’較小，則開始收帆，令θ＝θ’，v＝v’，直到v’小于v，記錄此時(shí)風(fēng)速、橫傾角、縱傾角、帆角數(shù)據(jù)。圖5是風(fēng)舷角示意圖，視風(fēng)向與船首線的夾角為風(fēng)舷角，風(fēng)舷角用qw表示，右舷受風(fēng)風(fēng)舷角為正數(shù)，左舷受風(fēng)風(fēng)舷角為負(fù)數(shù)。圖6是帆角示意圖，主帆橫桿與船首向反方向的角度稱為帆角，帆角用θ表示，帆在右舷帆角為正，帆在左舷帆角為負(fù)。圖7是帆船航向示意圖，正逆風(fēng)左右各約45°為無(wú)法航行區(qū)。右近風(fēng)風(fēng)舷角為45°，帆角為0°；右正橫風(fēng)風(fēng)舷角為90°，帆角為-45°；右偏順風(fēng)風(fēng)舷角為135°，帆角為-67.5°；正順風(fēng)臨界狀態(tài)風(fēng)舷角為±180°，帆角為90°；左偏順風(fēng)風(fēng)舷角為-135°，帆角為67.5°；左正橫風(fēng)風(fēng)舷角為-90°，帆角為45°；左近風(fēng)風(fēng)舷角為-45°，帆角為0°；圖8是本發(fā)明控帆數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)種類圖。風(fēng)舷角、橫傾角、縱傾角和帆角的默認(rèn)精度為1°，風(fēng)速默認(rèn)精度為1m/s。適航風(fēng)速默認(rèn)極限值為18m/s，橫傾默認(rèn)極限值為左右各45°，縱傾默認(rèn)極限值為前后各20°。對(duì)應(yīng)的，每一個(gè)風(fēng)舷角對(duì)應(yīng)18個(gè)風(fēng)速數(shù)據(jù)，每一個(gè)風(fēng)速對(duì)應(yīng)90個(gè)橫傾數(shù)據(jù)，每一個(gè)橫傾角對(duì)應(yīng)40個(gè)縱傾角數(shù)據(jù)，每一個(gè)縱傾角對(duì)應(yīng)一個(gè)帆角數(shù)據(jù)。風(fēng)舷角數(shù)據(jù)有360個(gè)；風(fēng)速數(shù)據(jù)為6480個(gè)，橫傾角數(shù)據(jù)為583200個(gè)，縱傾角數(shù)據(jù)為23328000個(gè)，縱傾角與帆角一一對(duì)應(yīng)。以上精度、極限值等數(shù)據(jù)可以通過(guò)人機(jī)交互界面進(jìn)行自定義設(shè)置，相對(duì)應(yīng)的每層數(shù)據(jù)量也會(huì)發(fā)生變化。圖9是最佳帆角和初始帆角的關(guān)系示意圖，是最佳帆角θh，對(duì)應(yīng)縱軸上速度的最大值，初始帆角可能比θh大，也可能比θh小，根據(jù)圖4中的最大船速跟蹤和自學(xué)習(xí)方法來(lái)逼近最佳帆角。如圖1與圖2所示，一種主帆自動(dòng)控制裝置的組成部分以及連接關(guān)系：風(fēng)速風(fēng)向儀100、多普勒計(jì)程儀103、帆角檢測(cè)儀101、姿態(tài)儀102、控制器105、電機(jī)組104、顯示器106。在帆船桅桿頂端安裝風(fēng)向風(fēng)速儀，在帆船底部安裝多普勒計(jì)程儀103，在橫桿與桅桿之間安裝帆角檢測(cè)儀101，船舯安裝姿態(tài)儀102，船舷上安裝控制器105、顯示器106和電機(jī)組104。風(fēng)速風(fēng)向儀100，是一種能測(cè)量風(fēng)舷角和風(fēng)速的傳感儀器；多普勒計(jì)程儀103是一種能夠測(cè)量船速的傳感儀器；帆角檢測(cè)儀101是一種能夠測(cè)量帆船橫桿位置的傳感儀器；姿態(tài)儀102是一種能夠檢測(cè)船舶橫傾和縱傾狀態(tài)的傳感儀器；控制器105用于傳感器數(shù)據(jù)的讀取、處理和存儲(chǔ),并向電機(jī)組104下達(dá)指令，所述控制系統(tǒng)的中央控制器105為微型計(jì)算機(jī)，包括cpu、rom、ram，也包含用于帆角維持的pid控制器105；電機(jī)組104能夠執(zhí)行傳感器的指令使繚繩產(chǎn)生收或放的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整橫桿位置(即帆角)的功能；顯示器106顯示內(nèi)容有：時(shí)間，航向、航速、航程、風(fēng)舷角、風(fēng)速、坐標(biāo)、蓄電池組電量等；必要按鈕：mst按鈕、l/m/h檔位(l檔位對(duì)應(yīng)航速小于5節(jié)，m檔位對(duì)應(yīng)航速小于10節(jié),h檔位對(duì)應(yīng)航速大于15節(jié))。另外，本發(fā)明裝置還留有其它數(shù)據(jù)接口，比如可以讀取用于定位的gps或北斗系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，也可以讀取ais接收機(jī)的數(shù)據(jù)，并在人機(jī)交互面的顯示屏上顯示。人機(jī)交互面設(shè)置帆的兩種控制模式，帆自動(dòng)控制模式和帆手動(dòng)控制模式。使用帆手動(dòng)控制模式時(shí)和常規(guī)帆船操縱帆船相同。使用帆自動(dòng)控制模式時(shí)，駕駛員僅需要操舵控制航向，主帆由本發(fā)明的裝置自動(dòng)控制。兩種模式的設(shè)置既可以滿足人們駕駛帆船的樂(lè)趣，又可以在長(zhǎng)距離巡航時(shí)減輕駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度。使用最大船速跟蹤和自學(xué)習(xí)方法的主帆自動(dòng)控制裝置的實(shí)施例控制步驟如下：步驟一：檢測(cè)是否啟動(dòng)帆自動(dòng)控制模式，如果是，轉(zhuǎn)到下一步。否則帆自動(dòng)控制系統(tǒng)不啟動(dòng)。步驟二：通過(guò)人機(jī)交互界面設(shè)置控制器105處理風(fēng)速風(fēng)向儀100、多普勒計(jì)程儀103、帆角檢測(cè)儀101、姿態(tài)儀102數(shù)據(jù)的精度、極限值。步驟三：風(fēng)速風(fēng)向儀100、多普勒計(jì)程儀103、帆角檢測(cè)儀101、姿態(tài)儀102采集數(shù)據(jù)；步驟四：控制器105讀取傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)控帆數(shù)據(jù)表處理并輸出控制指令到電機(jī)組104；步驟五：電機(jī)組104根據(jù)控制器105的控制指令通過(guò)絞盤、繚繩控制主帆，使帆角達(dá)到指定角度；步驟六：檢測(cè)船舶傾斜姿態(tài)是否在設(shè)定的安全范圍內(nèi)，否則松帆到安全值。步驟七：通過(guò)pid控制器進(jìn)行帆角維持。如果檢測(cè)到開啟帆手動(dòng)模式，則關(guān)閉帆自自動(dòng)控制模式，結(jié)束帆自動(dòng)控制步驟。步驟八：如果檢測(cè)到風(fēng)舷角、風(fēng)速、橫傾角、縱傾角發(fā)生了改變，轉(zhuǎn)到步驟三。步驟九：如果檢測(cè)到按下mst按鈕，開始最大船速跟蹤和自學(xué)習(xí)步驟。步驟十：判斷此時(shí)帆角和最優(yōu)帆角的大小關(guān)系。記錄帆角θ和船速v，收帆到θ’，檢測(cè)此時(shí)v’，比較v和v’的大小關(guān)系，有兩種結(jié)果。步驟十一：如果v’＞v，說(shuō)明此時(shí)帆角比最優(yōu)帆角大，應(yīng)該開始收帆，轉(zhuǎn)到步驟十三。否則進(jìn)行步驟十二。步驟十二：v’＜v，說(shuō)明此時(shí)帆角比最優(yōu)帆角小，應(yīng)該開始松帆，轉(zhuǎn)到步驟十四。步驟十三：使帆角向最優(yōu)帆角靠近。收帆到θ’，測(cè)船速v’，判斷v’＞v，如果是，則θ＝θ’。重復(fù)步驟十三，直到v’＜v。如果檢測(cè)船舶傾斜姿態(tài)超過(guò)了設(shè)定的安全范圍，則松帆到安全值。轉(zhuǎn)到步驟十五。步驟十四：使帆角向最優(yōu)帆角靠近。松帆到θ’，測(cè)船速v’，判斷v’＞v，如果是，則θ＝θ’。重復(fù)步驟十四，直到v’＜v。如果檢測(cè)船舶傾斜姿態(tài)超過(guò)了設(shè)定的安全范圍，則松帆到安全值。轉(zhuǎn)到步驟十五。步驟十五：記錄此時(shí)風(fēng)速、橫傾角、縱傾角和航速數(shù)據(jù)，此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤到最大船速，結(jié)束最大船速跟蹤和自學(xué)習(xí)步驟，轉(zhuǎn)到步驟七。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換(比如替換為其它具有相同功能的傳感器)和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12