專利名稱：一種船舶推進(jìn)系統(tǒng)以及航行控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種船舶推進(jìn)系統(tǒng)以及與其配套使用的一種航行控制方法，特 別涉及，種可回轉(zhuǎn)雙槳電力推進(jìn)的船舶推進(jìn)裝置以及與其配套使用的航行操 縱方法。
背景技術(shù)：
船舶推進(jìn)系統(tǒng)是船舶在水上航行的主動力。長期以來，船舶推進(jìn)系統(tǒng)主要 分為兩種螺旋漿式和噴射式。螺旋漿式推進(jìn)系統(tǒng)一般由機(jī)械動力(內(nèi)燃機(jī)、 電動機(jī)等)通過固定艉軸帶動螺旋漿，螺旋漿轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的推進(jìn)力作用于船舶， 使船舶實(shí)現(xiàn)航行運(yùn)動。噴射式推進(jìn)系統(tǒng)通過吸水裝置在船前端吸入大量的水， 將水加壓后從船的后端噴出，由此而產(chǎn)生作用于船舶的推進(jìn)力。這二種推進(jìn)系 統(tǒng)長期以來一直在使用，但前者功率大、造價低，更適宜于普通商船。人們對 船舶推迸系統(tǒng)所做的改進(jìn)都是在螺旋漿式和噴射式推進(jìn)系.統(tǒng)的基礎(chǔ)上做出的， 努力使它們的推進(jìn)效率和推進(jìn)控制得到提高。
但無論是艉軸螺旋漿式還是噴射式推進(jìn)系統(tǒng)，都須安裝舵機(jī)及其操舵系統(tǒng) 以滿足船舶的操縱性要求。 一些船舶，如大型戰(zhàn)艦、海洋工程船、科學(xué)考察船、 大型郵輪等，還需具備相當(dāng)大的側(cè)推力，以充分滿足其易于船舶航行操縱的特
性。通常的做法是在船舶的船艏或船艉使用大型導(dǎo)流側(cè)推器(tunnel thruster); 有的大型船舶也使用側(cè)推電動機(jī)組，以提供較好的操縱性。但是考慮到可靠性， 有些船主認(rèn)為使用側(cè)推電動機(jī)組并不是一個很好的辦法；至于導(dǎo)流側(cè)推器，在 空間上存在一些問題，比如，很難在船艉安裝足夠大的導(dǎo)流側(cè)推器。
為了提高船舶操縱性能，人們提出了一種吊艙式全回轉(zhuǎn)螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng)， 推進(jìn)動力(電動機(jī))在水下吊艙內(nèi)直接帶動全回轉(zhuǎn)螺旋槳。這省去了常規(guī)舵機(jī) 及其操舵系統(tǒng)，控制螺旋槳轉(zhuǎn)速產(chǎn)生推力，控制螺旋槳水平回轉(zhuǎn)角產(chǎn)生舵效。 但是吊艙式全回轉(zhuǎn)螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜、造價昂貴，至今難以在普通商船 上推廣應(yīng)用。因而，尋找一種技術(shù)上易實(shí)現(xiàn)、操縱性好、造價低廉、可靠性高
的新型船舶推進(jìn)系統(tǒng)， 一直是人們長期追求的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有船舶推進(jìn)系統(tǒng)所存在的不足，而提供一種舵槳合一， 能夠?qū)崿F(xiàn)船舶推進(jìn)與航向操縱控制智能化的船舶推進(jìn)系統(tǒng)以及航行控制方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所提供的一種船舶推進(jìn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由船 舶電力推進(jìn)動力裝置和電力推進(jìn)控制裝置組成；所述船舶電力推進(jìn)動力裝置由 兩套呈左、右對稱安裝在船艉的推進(jìn)電動機(jī)和左、右回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及液壓系統(tǒng)組 成，所述兩套推進(jìn)電動機(jī)分別安裝在左、右回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上；所述電力推進(jìn)控制裝 置由推進(jìn)控制器、回轉(zhuǎn)控制器以及駕駛操縱臺組成；所述推進(jìn)控制器通過左、 右變頻器連接并分別控制兩套推進(jìn)電動機(jī)；所述回轉(zhuǎn)控制器通過液壓系統(tǒng)連接 并控制回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；所述駕駛操縱臺控制推進(jìn)控制器和回轉(zhuǎn)控制器。 所述推進(jìn)電動機(jī)是變頻調(diào)速電動機(jī)。
所述回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用全回轉(zhuǎn)螺旋槳式的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。 所述液壓系統(tǒng)包括一液壓系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)角設(shè)定端口。 在所述左、右推進(jìn)電動機(jī)上設(shè)置有轉(zhuǎn)速檢測傳感器和溫度傳感器。 在所述左、右回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上設(shè)置有回轉(zhuǎn)角檢測傳感器和回轉(zhuǎn)角限位開關(guān)。
所述推進(jìn)控制器為嵌入式控制器，采用可剪裁的實(shí)時操作系統(tǒng)；所述推進(jìn) 控制器的主板上設(shè)有輸入/輸出模塊和通信控制模塊；所述輸入/輸出模塊上的 兩個模擬量輸出端口分別連接左、右變頻器的轉(zhuǎn)速值設(shè)定端口，用于設(shè)置于推 進(jìn)電動機(jī)輸出軸上的螺旋槳轉(zhuǎn)速控制；兩個模擬量輸入端口分別連接左、右推 進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測傳感器，獲取推進(jìn)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速值；另外兩個模擬量輸 入端口分別連接左右推進(jìn)電機(jī)的溫度檢測傳感器獲取推進(jìn)電動機(jī)的溫升值；所 述通信控制模塊上CAN總線通信接口通過CAN總線與推進(jìn)控制器、回轉(zhuǎn)控制 器和駕駛操縱臺進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)交換；RS-232/485調(diào)試端口連接編程調(diào)試工具。' 所述回轉(zhuǎn)控制器為嵌入式控制器，采用可剪裁的實(shí)時操作系統(tǒng)；所述回轉(zhuǎn) 控制器的主板上設(shè)有輸入/輸出模塊和通信控制模塊；所述輸入/輸出模塊上的 兩個模擬量輸出端口分別連接液壓系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)角設(shè)定端口，用于控制推進(jìn)電動 機(jī)上的螺旋槳回轉(zhuǎn)角控制；兩個模擬量輸入端口分別連接左、右回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回
轉(zhuǎn)角檢測傳感器，分別獲取左、右回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的實(shí)際回轉(zhuǎn)角；兩個開關(guān)量輸入端 口分別連接左、右回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)角限位開關(guān)，獲取回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)角限位信 號；所述通信控制模塊上CAN總線通信接口通過CAN總線與推進(jìn)控制器、回 轉(zhuǎn)控制器和駕駛操縱臺進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)交換；RS-232/485調(diào)試端口連接編程調(diào)試 工具。
根據(jù)上述技術(shù)方案得到的船舶推進(jìn)系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的航行控制包括推進(jìn)控 制和回轉(zhuǎn)控制。所述的推進(jìn)控制，首先開機(jī)上電，推進(jìn)控制器自檢并掃描來自 駕駛操作臺的指令，駕駛操作臺對推進(jìn)控制器進(jìn)行航速控制、開環(huán)推進(jìn)控制、 閉環(huán)推進(jìn)控制，同時根據(jù)上述控制計(jì)算推進(jìn)偏差值，并根據(jù)推進(jìn)偏差值重新設(shè) 定控制參數(shù)來控制推進(jìn)控制器；所述的回轉(zhuǎn)控制，首先開機(jī)上電，回轉(zhuǎn)控制器 自檢并掃描來自駕駛操作臺的指令，駕駛操作臺對回轉(zhuǎn)控制器迸行航向保持控 制、轉(zhuǎn)向控制，同時根據(jù)上述控制計(jì)算推進(jìn)偏差值，并根據(jù)推進(jìn)偏差值重新設(shè) 定控制參數(shù)來控制回轉(zhuǎn)控制器。
所述推進(jìn)控制器以一個可編程的時間函數(shù)關(guān)系的變化方式來調(diào)節(jié)推進(jìn)的， 速率。
所述航速控制主要包括以下步驟
(1) 推進(jìn)控制器比較給定航速值和實(shí)際航速值是否相等，若相等則轉(zhuǎn)入 步驟(2)，若不相等則轉(zhuǎn)入步驟(4);
(2) 推進(jìn)控制器掃描駕駛操作臺指令，判斷是否進(jìn)行航速控制，若不是 則轉(zhuǎn)入步驟(1)，若是則轉(zhuǎn)入步驟(3);
(3) 推進(jìn)控制器判斷是否進(jìn)行閉環(huán)推進(jìn)控制，若不是則轉(zhuǎn)入開環(huán)推進(jìn)控 制，若是則轉(zhuǎn)入閉環(huán)推進(jìn)控制；
(4) 推進(jìn)控制器比較給定航速值和實(shí)際航速值大小，根據(jù)比較結(jié)果設(shè)賓 和調(diào)節(jié)變頻器的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)來調(diào)節(jié)推進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速以達(dá)到給定航速， 并轉(zhuǎn)入步驟(1)。
所述閉環(huán)推進(jìn)控制主要包括以下步驟
(1)推進(jìn)控制器判斷是否需要進(jìn)行左推進(jìn)控制，若需要則轉(zhuǎn)入步驟(2)， 若不需要則轉(zhuǎn)入步驟(4);
(2 )推進(jìn)控制器比較左螺旋槳轉(zhuǎn)速設(shè)定值與左螺旋槳轉(zhuǎn)速實(shí)際值大小， 若大于則設(shè)定和調(diào)節(jié)左變頻器的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)來調(diào)節(jié)左推進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn) 速以達(dá)到給定航速，并轉(zhuǎn)入步驟(1)，否則轉(zhuǎn)入步驟(3);
(3 )推進(jìn)控制器比較左螺旋槳轉(zhuǎn)速設(shè)定值與左螺旋槳轉(zhuǎn)速實(shí)際值大小， 若小于則設(shè)定和調(diào)節(jié)左變頻器的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)來調(diào)節(jié)左推進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn) 速以達(dá)到給定航速，并轉(zhuǎn)入步驟(1)，否則直接轉(zhuǎn)入步驟(1);
(4) 推進(jìn)控制器判斷是否需要進(jìn)行右推進(jìn)控制，若需要則轉(zhuǎn)入步驟(5)， 若不需要則轉(zhuǎn)入步驟(7);
(5) 推進(jìn)控制器比較右螺旋槳轉(zhuǎn)速設(shè)定值與右螺旋槳轉(zhuǎn)速實(shí)際值大小， 若大于則設(shè)定和調(diào)節(jié)右變頻器的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)來調(diào)節(jié)右推進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)' 速以達(dá)到給定航速，并轉(zhuǎn)入步驟(1)，否則轉(zhuǎn)入步驟(6);
(6) 推進(jìn)控制器比較右螺旋槳轉(zhuǎn)速設(shè)定值與右螺旋槳轉(zhuǎn)速實(shí)際值大小， 若小于則設(shè)定和調(diào)節(jié)右變頻器的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)來調(diào)節(jié)右推進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn) 速以達(dá)到給定航速，并轉(zhuǎn)入步驟(1)，否則直接轉(zhuǎn)入步驟(1);
(7 )推進(jìn)控制器重新掃描駕駛操作臺指令判斷是否需要進(jìn)行閉環(huán)推進(jìn)控 制，若需要則轉(zhuǎn)入步驟(1)，若不需要則轉(zhuǎn)入步驟(8);
(8)推進(jìn)控制器判斷是否需要進(jìn)行開環(huán)推進(jìn)控制，若需要進(jìn)入則開環(huán)推 進(jìn)控制，若不需要則進(jìn)入航速控制。
聽述開環(huán)推進(jìn)控制主要包括以下幾步
(1) 推進(jìn)控制器判斷是否需要進(jìn)行左推進(jìn)控制，若需要則轉(zhuǎn)入步驟(2)， 若不需要則轉(zhuǎn)入步驟(4);
(2) 推進(jìn)控制器判斷是否需要進(jìn)行左加速控制，若需要則通過設(shè)定和調(diào) 節(jié)左變頻器的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)來調(diào)節(jié)左推進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速，并轉(zhuǎn)入步驟(1), 若不需要則轉(zhuǎn)入步驟(3);
(3) 推進(jìn)控制器判斷是否需要進(jìn)行左減速控制，若需要則通過設(shè)定和調(diào) 節(jié)左變頻器的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)來調(diào)節(jié)左推進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速，并轉(zhuǎn)入步驟(l)， 若不需要則直接轉(zhuǎn)入步驟(1);
(4) 推進(jìn)控制器判斷是否需要進(jìn)行右推進(jìn)控制，若需要則轉(zhuǎn)入步驟(5)'， 若不需要則轉(zhuǎn)入步驟(7);
(5) 推進(jìn)控制器判斷是否需要進(jìn)行右加速控制，若需要則通過設(shè)定和調(diào) 節(jié)右變頻器的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)來調(diào)節(jié)右推進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速，并轉(zhuǎn)入歩驟(1 )， 若不需窶則轉(zhuǎn)入步驟(6);
(6) 推進(jìn)控制器判斷是否需要進(jìn)行右減速控制，若需要則通過設(shè)定和調(diào) 節(jié)右變頻器的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)來調(diào)節(jié)右推進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速，并轉(zhuǎn)入步驟(1 )，
若不需要則直接轉(zhuǎn)入步驟(1);
(7) 推進(jìn)控制器重新掃描駕駛操作臺指令判斷是否需要進(jìn)行開環(huán)推進(jìn)控 制，若需要則轉(zhuǎn)入步驟l，若不需要則轉(zhuǎn)入步驟(8);
(8) 推進(jìn)控制器判斷是否需要進(jìn)行閉環(huán)推進(jìn)控制，若需要則進(jìn)入閉環(huán)推 進(jìn)控制，若不需要則進(jìn)入航速控制。
所述航向保持控制主要包括以下幾步
(1) 回轉(zhuǎn)控制器判斷給定航向與實(shí)際航向是否一致，若一致則轉(zhuǎn)入步驟
C2》.若不一致則轉(zhuǎn)入步驟(3);
(2) 回轉(zhuǎn)控制器重新掃描駕駛操作臺指令判斷是否需要航向保持控制， 若需要則轉(zhuǎn)入步驟(1)，若不需要則進(jìn)入轉(zhuǎn)向控制；
(3) 回轉(zhuǎn)控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)模式選擇，通過重新設(shè)定回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)角值 來控制螺旋槳回轉(zhuǎn)方向，并轉(zhuǎn)入步驟(1)。
所述轉(zhuǎn)向控制主要包括以下幾步
(.1)回轉(zhuǎn)控制器判斷是否需要進(jìn)行轉(zhuǎn)向控制，若需要則轉(zhuǎn)入步驟(2)，
若不需要則轉(zhuǎn)入步驟(5);
(2) 回轉(zhuǎn)控制器根據(jù)需要重新設(shè)定回轉(zhuǎn)角值，轉(zhuǎn)入步驟(3);
(3) 左右螺旋槳根據(jù)步驟(2)中設(shè)定的回轉(zhuǎn)角值進(jìn)行回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)控制器
判斷是否需要進(jìn)行回轉(zhuǎn)角限位，若需要則轉(zhuǎn)入步驟(l)，若不需要則轉(zhuǎn)入步驟
(4);
(4)回轉(zhuǎn)控制器判斷回轉(zhuǎn)角設(shè)定值與回轉(zhuǎn)角實(shí)際值是否相等，若相等則
轉(zhuǎn)入步驟(1)，若不等則轉(zhuǎn)入步驟(3);
(5)回轉(zhuǎn)控制器重新掃描駕駛操作臺指令判斷是否需要進(jìn)行轉(zhuǎn)向控制；
若需要則轉(zhuǎn)入步驟(1)，若不需要則進(jìn)入航向保持控制。
根據(jù)上述技術(shù)方案得到的船舶推進(jìn)系統(tǒng)，以及與其配套使用的航行控制方 法，該推進(jìn)系統(tǒng)在操作時只要在駕駛臺通過車鐘輸入推進(jìn)指令和航向操縱指令以及由傳感器反饋的船舶實(shí)際航速和航向值，整個系統(tǒng)就能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制。
左右舷對稱安裝的二套推進(jìn)電動機(jī)在全回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的控制下既作為推進(jìn)器. 又作為舵機(jī)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了推進(jìn)控制與航向控制的解耦，實(shí)施優(yōu)良的推進(jìn)控制與 航向控制。在良好海況條件下，可進(jìn)行閉環(huán)推進(jìn)控制(轉(zhuǎn)速閉環(huán))，此時，系
統(tǒng)具備負(fù)荷限制和轉(zhuǎn)矩限制功能；而在惡劣海況條件下，進(jìn)行開環(huán)推進(jìn)控制(轉(zhuǎn)
速開環(huán))，此時，系統(tǒng)具備轉(zhuǎn)速限制和轉(zhuǎn)矩限制功能。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本發(fā)明。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明中推進(jìn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明中推進(jìn)控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明中回轉(zhuǎn)控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明中推進(jìn)控制流程圖。
圖6為本發(fā)明中回轉(zhuǎn)控制流程圖。
圖7為本發(fā)明中航速控制流程圖。
圖8為本發(fā)明中閉環(huán)推進(jìn)控制流程圖。
圖9為本發(fā)明中開環(huán)推進(jìn)控制流程圖。
圖IO為本發(fā)明中航向保持控制流程圖。
圖11為本發(fā)明中轉(zhuǎn)向控制流程圖。
具體實(shí)施例方式
為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解， 下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
以電動機(jī)作為推進(jìn)動力的電力推進(jìn)船舶，左右舷對稱安裝的二套全回轉(zhuǎn)螺 旋槳如圖l所示。省去了常規(guī)舵機(jī)及其操舵系統(tǒng)，依靠左右舷對稱安裝的全回 轉(zhuǎn)推進(jìn)螺旋槳201，控制左右螺旋槳轉(zhuǎn)速，)和"(5)大小產(chǎn)生推力7>)和7^，實(shí) 現(xiàn)船舶的推進(jìn)控制；控制左右螺旋槳水平回轉(zhuǎn)角伊(p)和^)的大小而產(chǎn)生實(shí)際舵 效，實(shí)現(xiàn)船舶的航向控制。
左右舷全回轉(zhuǎn)推進(jìn)螺旋槳201安裝在船舶尾部202，距船舶重心G處x距離， 距船舶艏艉線y距離，^^=^^定義為結(jié)構(gòu)系數(shù)。左、右推進(jìn)螺旋槳推力系數(shù)分
別為&/>)和&。，螺旋槳轉(zhuǎn)速分別為n(P)和"(5)，由此產(chǎn)生的推力分別為 = 和r(s) = ，左、右推進(jìn)螺旋槳回轉(zhuǎn)角分別為~)和a"。在推進(jìn)
和回轉(zhuǎn)控制下，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)船力矩為<formula>complex formula see original document page 13</formula>
這說明電力推進(jìn)船舶左、右舷對稱安裝的二套全回轉(zhuǎn)螺旋槳，即使螺旋槳
不作回轉(zhuǎn)(概念上的不動舵),)-伊(s)-0，但當(dāng)二套螺旋槳轉(zhuǎn)速不同時"(p一^),
也將產(chǎn)生實(shí)際舵效，使船舶航向發(fā)生改變，即船舶的推進(jìn)控制與航向控制是非 線性強(qiáng)耦合的。只有在完全解耦的情況下，才能實(shí)施優(yōu)良的推進(jìn)控制與航向控 制。
根據(jù)上述原理，本發(fā)明給出了如圖2所示的一種電力推進(jìn)船舶全回轉(zhuǎn)雙槳 推進(jìn)控制與航向控制的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由船舶電力推進(jìn)動力裝置6和電 力推進(jìn)控制裝置組成。船舶電力推進(jìn)動力裝置由兩套呈左、右對稱安裝在船艉 的推進(jìn)電動機(jī)7和左、右回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4以及液壓系統(tǒng)5組成，所述兩套推進(jìn)電動 機(jī)7分別安裝在左、右回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4上；電力推進(jìn)控制裝置由推進(jìn)控制器2、回 轉(zhuǎn)控制器2以及駕駛操縱臺1組成；推進(jìn)控制器通過左、右變頻器24連接并 分別控制兩套推進(jìn)電動機(jī)7;回轉(zhuǎn)控制器3通過液壓系統(tǒng)5連接并控制回轉(zhuǎn)機(jī) 構(gòu)4;同時駕駛操縱臺控制推進(jìn)控制器和回轉(zhuǎn)控制器。在本系統(tǒng)中推進(jìn)電動機(jī) 是變頻調(diào)速電動機(jī)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用全回轉(zhuǎn)螺旋槳式的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，這里采用的回 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為現(xiàn)有技術(shù)則不加以贅述，液壓舉統(tǒng)包括一液壓系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)角設(shè)定端 口，在左、右推進(jìn)電動機(jī)上設(shè)置有轉(zhuǎn)速檢測傳感器和溫度傳感器，在左、右回 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上設(shè)置有回轉(zhuǎn)角檢測傳感器和回轉(zhuǎn)角限位開關(guān)。
推進(jìn)控制器和回轉(zhuǎn)控制器是以x86CPU為核心的嵌入式控制器。主板上包 括有輸入/輸出模塊和通信控制模塊。x86CPU作為嵌入式推進(jìn)控制器和回轉(zhuǎn)控 制器的核心器件，可以是386、 486或586芯片。為了達(dá)到實(shí)時控制要求，支 持x86CPU運(yùn)行的操作系統(tǒng)是可剪裁的實(shí)時操作系統(tǒng)，可以是Linux、 WinCE、VxWorks和ReWorks等。嵌入式推進(jìn)控制器和回轉(zhuǎn)控制器的組成分別如圖3 和圖4所示。
,根據(jù)圖3所示，推進(jìn)控制器主板15上設(shè)有輸入/輸出模塊11和通信控制模 塊12;輸入/輸出模塊上的兩個4-20mA模擬量輸出端口 8.分別連接左右變頻 器的轉(zhuǎn)速值設(shè)定端口，用于螺旋槳轉(zhuǎn)速控制；兩個4-20mA模擬量輸入端口 9 分別連接左右推進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測傳感器，獲取推進(jìn)電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速值； 另外兩個4-20mA模擬量輸入端口 10分別連接左右推進(jìn)電動機(jī)的溫度檢測傳 感器獲取推迸電動機(jī)的溫升值；通信控制模塊12上CAN總線逋信接口 13通 過CAN總線與推進(jìn)控制器、回轉(zhuǎn)控制器和駕駛操縱臺進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)交換，從 而節(jié)省了大量的信號電纜，提高了系統(tǒng)的可靠性；RS-232/485調(diào)試端口 14連 接編程調(diào)試工具，如筆記本電腦等。
根據(jù)圖4所示，回轉(zhuǎn)控制器主板16上設(shè)有輸入/輸出模塊23和通信控制 模塊17;輸入/輸出模塊23上的兩個4-20mA模擬量輸出端口 18分別連接左 右回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)角設(shè)定端口，用于螺旋槳回轉(zhuǎn)角控制；兩個4-20mA 模擬量輸入端口 20分別連接左右回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)角檢測傳感器，獲取回轉(zhuǎn)機(jī) 構(gòu)的實(shí)際回轉(zhuǎn)角;兩個4-20mA開關(guān)量輸入端口 19分別連接左右回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的 回轉(zhuǎn)角限位開關(guān)，獲取回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)角限位信號；通信控制模塊17上CAN 總線通信接口 21通過CAN總線與推進(jìn)控制器、回轉(zhuǎn)控制器和駕駛操縱臺進(jìn)行 實(shí)時數(shù)據(jù)交換；RS-232/485調(diào)試端口 22連接編程調(diào)試工具。
根據(jù)上述技術(shù)方案得到的船舶推進(jìn)系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的航行控制包括推進(jìn)控 制和回轉(zhuǎn)控制。螺旋槳推進(jìn)控制器聯(lián)接駕駛操縱臺和回轉(zhuǎn)控制器，接受操縱臺 的船舶航速指令、左右螺旋槳推進(jìn)指令、開閉環(huán)控制指令，輸出左右螺旋槳推 進(jìn)設(shè)定值、左右螺旋槳推進(jìn)偏差值。主要有三個控制狀態(tài)航速控制、開環(huán)雍 進(jìn)控制和閉環(huán)推進(jìn)控制。推進(jìn)控制器保證推進(jìn)調(diào)節(jié)的速率以一個可編程的時間 函數(shù)關(guān)系變化，使給定轉(zhuǎn)速操作(車鐘)和實(shí)際轉(zhuǎn)速變化(轉(zhuǎn)速反饋)的快慢 與推進(jìn)裝置的響應(yīng)無關(guān)，推進(jìn)裝置僅以速率程序的時間規(guī)律作出推進(jìn)響應(yīng)(線 性增速或線性減速)。根據(jù)圖5給出的工作流程，首先步驟101開機(jī)上電推進(jìn) 控制器自檢，并在步驟102中掃描來自駕駛操作臺的指令，駕駛操作臺對推進(jìn) 控制器進(jìn)行航速控制103、開環(huán)推進(jìn)控制104、閉環(huán)推進(jìn)控制105，同時在步驟
106中根據(jù)上述控制計(jì)算推進(jìn)偏差值，并根據(jù)推進(jìn)偏差值重新設(shè)定控制參數(shù)來 控制推進(jìn)控制器；
螺旋槳回轉(zhuǎn)控制器聯(lián)接駕駛操縱臺和推進(jìn)控制器，接受操縱臺的船舶航向 指令和轉(zhuǎn)向指令，輸出左右螺旋槳回轉(zhuǎn)角設(shè)定值。主要有二個控制狀態(tài)航向 保持和轉(zhuǎn)向控制。根據(jù)圖6所述的回轉(zhuǎn)控制流程，首先在步驟201中開機(jī)上電 回轉(zhuǎn)控制器自檢，并在步驟202中掃描來自駕駛操作臺的指令，駕駛操作臺對 回轉(zhuǎn)控制器進(jìn)行航向保持控制203、轉(zhuǎn)向控制204，同時在步驟205中根據(jù)上 述控制計(jì)算推進(jìn)偏差值，并根據(jù)推進(jìn)偏差值重新設(shè)定控制參數(shù)來控制回轉(zhuǎn)控制
腿 益。
1在航速控制狀態(tài)下，當(dāng)給定航速與實(shí)際航速的差值^*-「=^^#0時，向 左、右變頻器發(fā)出變頻調(diào)速控制設(shè)定值一)和w(',)，從而控制左、右推進(jìn)電動機(jī) 在相應(yīng)的電源頻率^)和/(,)下運(yùn)行。通過推進(jìn)控制器設(shè)定和調(diào)節(jié)左、右變頻器 的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，控制推進(jìn)電動機(jī)的供電電源頻率達(dá)到調(diào)節(jié)推進(jìn)電動機(jī) 轉(zhuǎn)速的目的，從而控制螺旋槳的推力。圖7的流程圖指示在啟動步驟之后
(1) 推進(jìn)控制器比較給定航速值F'和實(shí)際航速值F是否相等，若相等則 轉(zhuǎn)入步驟(2)，若不相等則轉(zhuǎn)入步驟(5);
(2) 推進(jìn)控制器掃描駕駛操作臺指令；
(3) 推進(jìn)控制器判斷是否進(jìn)行航速控制，若不是則轉(zhuǎn)入步驟(1)，若是 則轉(zhuǎn)入步驟(4);
(4) 推進(jìn)控制器判斷是否進(jìn)行閉環(huán)推進(jìn)控制，若不是則轉(zhuǎn)入開環(huán)推進(jìn)控 制，若是則轉(zhuǎn)入閉環(huán)推進(jìn)控制；
(5) 推進(jìn)控制器比較給定航速值|/*和實(shí)際航速值r大小，若大于則轉(zhuǎn)入 步驟(6)，否則轉(zhuǎn)入步驟(7);
(6) 推進(jìn)控制器通過設(shè)定和調(diào)節(jié)變頻器的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)來提高左 右推進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速以達(dá)到給定航速，并轉(zhuǎn)入步驟(1);
(7) 推進(jìn)控制器通過設(shè)定和調(diào)節(jié)變頻器的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)來降低左 右推進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速以達(dá)到給定航速，并轉(zhuǎn)入步驟(1)。
當(dāng)推進(jìn)控制器處于閉環(huán)控制模式時，轉(zhuǎn)速設(shè)定值《)和";)分別與實(shí)際轉(zhuǎn)速
"(w和"m相比較，直至轉(zhuǎn)速差"；-"w、-0， "^-"(幻=0。圖8的流程圖指示在
啟動步驟之后
(1)推進(jìn)控制器判斷是否需要進(jìn)行左推進(jìn)控制，若需要則轉(zhuǎn)入步驟(2)， 若不需要則轉(zhuǎn)入步驟(4);
.
(2)推進(jìn)控制器比較設(shè)定螺旋槳轉(zhuǎn)速值()與實(shí)際螺旋槳轉(zhuǎn)速值 )大小，
若大于則設(shè)定和調(diào)節(jié)變頻器的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)來調(diào)節(jié)推進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速以 達(dá)到給定航速，并轉(zhuǎn)入步驟(1)，否則轉(zhuǎn)入步驟(3);
(3) 推進(jìn)控制器比較設(shè)定螺旋槳轉(zhuǎn)速值4)與實(shí)際螺旋槳轉(zhuǎn)速值 )大小.，
若小于則設(shè)定和調(diào)節(jié)變頻器的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)來調(diào)節(jié)推進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速以 達(dá)到給定航速，并轉(zhuǎn)入步驟(1)，否則直接轉(zhuǎn)入步驟(1);
(4) 推進(jìn)控制器判斷是否需要進(jìn)行右推進(jìn)控制，若需要則轉(zhuǎn)入步驟(5), 若不需要則轉(zhuǎn)入步驟(7);
(5) 推進(jìn)控制器比較設(shè)定螺旋槳轉(zhuǎn)速值《(;)與實(shí)際螺旋槳轉(zhuǎn)速值％)大小,
若大于則設(shè)定和調(diào)節(jié)變頻器的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)來調(diào)節(jié)推進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速以
達(dá)到給定航速，并轉(zhuǎn)入步驟(1)，否則轉(zhuǎn)入步驟(6);
(6) 推進(jìn)控制器比較設(shè)定螺旋槳轉(zhuǎn)速值^)與實(shí)際螺旋槳轉(zhuǎn)速值"(,)大小， 若小于則設(shè)定和調(diào)節(jié)變頻器的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)來調(diào)節(jié)推迸電動機(jī)轉(zhuǎn)速以 達(dá)到給定航速，并轉(zhuǎn)入步驟(1)，否則直接轉(zhuǎn)入步驟(1);
(7) 推進(jìn)控制器重新掃描駕駛操作臺指令判斷是否需要進(jìn)行閉環(huán)推進(jìn)控 制，若需要則轉(zhuǎn)入步驟(1)，若不需要則轉(zhuǎn)入步驟(8);
(8) 推迸控制器判斷是否需要進(jìn)行開環(huán)推進(jìn)控制，若需要則進(jìn)入開環(huán)推 進(jìn)控制，若不需要則進(jìn)入航速控制。
當(dāng)推進(jìn)控制器處于開環(huán)控制模式時，斷開實(shí)際轉(zhuǎn)速 )和 )的反饋通道。 圖9的流程圖指示在啟動步驟之后
(1) 推進(jìn)控制器判斷是否需要進(jìn)行左推進(jìn)控制，若需辜則轉(zhuǎn)入步驟(2)， 若不需要則轉(zhuǎn)入步驟(4);
(2) 推進(jìn)控制器判斷是否需要進(jìn)行左加速控制，若需要則通過設(shè)定和調(diào)
節(jié)左變頻器的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)來調(diào)節(jié)左推進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速，并轉(zhuǎn)入步驟(1 )，
若不需要則轉(zhuǎn)入步驟(3);
(3) 推進(jìn)控制器判斷是否需要進(jìn)行左減速控制，若需要則通過設(shè)定和調(diào)
節(jié)左變頻器的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)來調(diào)節(jié)左推進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速，并轉(zhuǎn)入步驟(1 )，
若不需要則直接轉(zhuǎn)入步驟(1);
(4)推進(jìn)控制器判斷是否需要進(jìn)行右推進(jìn)控制，若需要則轉(zhuǎn)入步驟(5)， 若不需要則轉(zhuǎn)入步驟(7);
(5)推進(jìn)控制器判斷是否需要進(jìn)行右加速控制，若需要則通過設(shè)定和調(diào) 節(jié)右變頻器的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)來調(diào)節(jié)右推進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速，并轉(zhuǎn)入步驟(1)， 若不需要則轉(zhuǎn)入步驟(6);
(6) 推進(jìn)控制器判斷是否需要進(jìn)行右減速控制，若需要則通過設(shè)定和調(diào). 節(jié)右變頻器的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)來調(diào)節(jié)右推進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速，并轉(zhuǎn)入步驟(1 )， 若不需要則直接轉(zhuǎn)入步驟(1);
(7) 推進(jìn)控制器重新掃描駕駛操作臺指令判斷是否需要進(jìn)行開環(huán)推進(jìn)控 制，若需要則轉(zhuǎn)入步驟(1)，若不需要則轉(zhuǎn)入步驟(8);
(8) 推進(jìn)控制器判斷是否需要進(jìn)行閉環(huán)推進(jìn)控制，若需要則進(jìn)入閉環(huán)推 進(jìn)控制，若不需要則進(jìn)入航速控制。
上述兩種模式分別應(yīng)用于不同航行環(huán)境下，當(dāng)水面風(fēng)平浪靜時，可以實(shí)施 閉環(huán)控制模式，而當(dāng)風(fēng)浪較大航行環(huán)境惡劣時，則實(shí)施開環(huán)控制模式。
當(dāng)給定航向與實(shí)際航向的差值^'-W^^^O時，向左、右回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的液壓 系統(tǒng)發(fā)出回轉(zhuǎn)角設(shè)定值^;)和伊^，從而控制左、右螺旋槳的回轉(zhuǎn)。左、右螺旋 槳可以各自獨(dú)立處于不同回轉(zhuǎn)角狀態(tài)下9V)- )，此時產(chǎn)生式(1)所表示的 轉(zhuǎn)船力矩。推進(jìn)控制時，在左右螺旋槳轉(zhuǎn)速不同情況下，仍然要保持船舶航向 不變(直航)，因此要求在推進(jìn)控制時不產(chǎn)生轉(zhuǎn)船力矩，以保持船舶航向。圖 10的流程圖指示在啟動步驟之后
(1) 回轉(zhuǎn)控制器判斷給定航向^'與實(shí)際航向^是否一致，若一致則轉(zhuǎn)入 步驟(2)，若不一致則轉(zhuǎn)入步驟('3);
(2) 回轉(zhuǎn)控制器重新掃描駕駛操作臺指令判斷是否需要航向保持控制， 若需要則轉(zhuǎn)入步驟(1)，若不需要則進(jìn)入轉(zhuǎn)向控制；
(3) 回轉(zhuǎn)控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)模式選擇，回轉(zhuǎn)控制器判斷船舶是否處于右偏 航，若是則轉(zhuǎn)入步驟(4)，若不是則轉(zhuǎn)入步驟(5);
(4) 通過重新設(shè)定左、右回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)角值來控制螺旋槳順時針回轉(zhuǎn)，
并轉(zhuǎn)入步驟(1)。
(5)通過重新設(shè)定左、右回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)角值來控制螺旋槳逆時針回轉(zhuǎn)， 并轉(zhuǎn)入步驟(1)。
上述步驟中的調(diào)節(jié)模式的選擇具體通過下述方式完成 (1)當(dāng)左螺旋槳轉(zhuǎn)速大于右螺旋槳轉(zhuǎn)速0<~)-"(s)^s時，應(yīng)用第一種調(diào)
節(jié)模式。
當(dāng)左螺旋槳轉(zhuǎn)速大于右螺旋槳轉(zhuǎn)速 )>%)，且轉(zhuǎn)速差不大時，第一種調(diào) 節(jié)模式是保持右螺旋槳不回轉(zhuǎn)，而令左螺旋槳順時針回轉(zhuǎn)一定角度，所產(chǎn)生的
回轉(zhuǎn)力矩來消除A^-Ar^的影響。即令~)=0，并令式(i)iV=o，從而得到
左螺旋槳回轉(zhuǎn)角大小<formula>complex formula see original document page 18</formula>(2)
式中x/y=/^為結(jié)構(gòu)系數(shù)，
<formula>complex formula see original document page 18</formula>
Zk^^為推力比(轉(zhuǎn)速比)。這說明，
盡管 ^w(^且 一 )，但只要保持左螺旋槳在式(2)的回轉(zhuǎn)角下，推進(jìn)
控制就不會造成船舶右偏航，實(shí)現(xiàn)了控制解耦。
(2)當(dāng)左螺旋槳轉(zhuǎn)速大于右螺旋槳轉(zhuǎn)速0<￡< )-%)時，應(yīng)用第二種調(diào)
節(jié)模式。
當(dāng)左螺旋槳轉(zhuǎn)速大于右螺旋槳轉(zhuǎn)速^pw(a，時，且轉(zhuǎn)速差較大時，第二
種調(diào)節(jié)模式是令左、右螺旋槳同時順時針周轉(zhuǎn)相同角度，所產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)力矩來 消除A^-Ar.y的影響。艮卩令^。-As)-伊，由式(l)AM)，從而得到左、右螺
旋槳同時順時針回轉(zhuǎn)角的大小
<formula>complex formula see original document page 18</formula>
(3)
只要保持左、右螺旋槳同時順時針回轉(zhuǎn)式(3)的回轉(zhuǎn)角下，推進(jìn)控制就 不會造成船舶右偏航，實(shí)現(xiàn)了控制解耦。
(3)當(dāng)左螺旋槳轉(zhuǎn)速小于右螺旋槳轉(zhuǎn)速-f^，)-"("<0時，應(yīng)用第三種
調(diào)節(jié)模式。
當(dāng)左螺旋槳轉(zhuǎn)速小于右螺旋槳轉(zhuǎn)速"(,) <"(,)，且轉(zhuǎn)速差不大時，第三種調(diào)節(jié)模式是保持左螺旋槳不回轉(zhuǎn)，而令右螺旋槳逆時針回轉(zhuǎn)一定角度，所產(chǎn)生的
回轉(zhuǎn)力矩來消除i^-Ar7的影響。即令 )=0，并令式(1)7V=0，從而得到 右螺旋槳回轉(zhuǎn)角大小
<formula>complex formula see original document page 19</formula>(4)
這說明，盡管 )*1、，且"^、<"1，但只要保持右螺旋槳在式(4)的回
，
轉(zhuǎn)角下，推進(jìn)控制就不會造成船舶左偏航，實(shí)現(xiàn)了控制解耦。
(4)當(dāng)左螺旋槳轉(zhuǎn)速小于右螺旋槳轉(zhuǎn)速 )-"(5)<<<0時，應(yīng)用第四種
調(diào)節(jié)模式。 ，
當(dāng)左螺旋槳轉(zhuǎn)速小于右螺旋槳轉(zhuǎn)速 ^"w，且轉(zhuǎn)速羞較大時，第四種調(diào)
節(jié)模式是令左、右螺旋槳同時逆時針回轉(zhuǎn)相同角度，所產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)力矩來消除 iV「Ar.y的影響。即令~)=&)=^由式(1) AM)，從而得到左、右螺旋燊
同時逆時針回轉(zhuǎn)角的大小
<formula>complex formula see original document page 19</formula>(5)
只要保持左、右螺旋槳同時逆時針回轉(zhuǎn)式(4)的回轉(zhuǎn)角下，推進(jìn)控制就 不會造成船舶左偏航，實(shí)現(xiàn)了控制解耦。
在轉(zhuǎn)向控制狀態(tài)下，根據(jù)右轉(zhuǎn)向或左轉(zhuǎn)向指令直接控制左、右螺旋槳回轉(zhuǎn)。 圖11的流程圖指示在啟動步驟之后
(1) 回轉(zhuǎn)控制器判斷是否需要進(jìn)行右轉(zhuǎn)向控制，若需要則轉(zhuǎn)入步驟(2)，'
若不需要則轉(zhuǎn)入步驟(5);
(2) 回轉(zhuǎn)控制器根據(jù)需要重新設(shè)定逆時針回轉(zhuǎn)角值，轉(zhuǎn)入步驟(3);
(3) 螺旋槳根據(jù)步驟(2)中碌定的回轉(zhuǎn)角值進(jìn)行逆時針回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)控制
器判斷是否需要進(jìn)行回轉(zhuǎn)角限位，若需要轉(zhuǎn)入步驟(1)，若不需要轉(zhuǎn)入步驟(4);
(4) 回轉(zhuǎn)控制器判斷回轉(zhuǎn)角設(shè)定值與回轉(zhuǎn)角實(shí)際值是否相等，若相等則
轉(zhuǎn)入步驟(1)，若不等則轉(zhuǎn)入步驟(3);
(5) 回轉(zhuǎn)控制器判斷是否需要進(jìn)行左轉(zhuǎn)向控制，若需要則轉(zhuǎn)入步驟(6)，
若不需要則轉(zhuǎn)入步驟(9);
(6) 回轉(zhuǎn)控制器根據(jù)需要重新設(shè)定順時針回轉(zhuǎn)角值，轉(zhuǎn)入步驟(7);
(7) 螺旋槳根據(jù)步驟(6)中設(shè)定的回轉(zhuǎn)角值進(jìn)行順時針回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)控制
器判斷是否需要進(jìn)行回轉(zhuǎn)角限位，若需要轉(zhuǎn)入步驟(1 )，若不需要轉(zhuǎn)入步驟(8);
(8) 回轉(zhuǎn)控制器判斷回轉(zhuǎn)角設(shè)定值與回轉(zhuǎn)角實(shí)際值是否相等，若相等則.
轉(zhuǎn)入步驟(1)，若不等則轉(zhuǎn)入步驟(7);
(9) 回轉(zhuǎn)控制器重新掃描駕駛操作臺指令判斷是否需要進(jìn)行轉(zhuǎn)向控制，
若需要則轉(zhuǎn)入步驟(1)，若不需要則進(jìn)入航向保持控制。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè) 的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中 描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明 還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本 發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1、一種船舶推進(jìn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由船舶電力推進(jìn)動力裝置和電力推進(jìn)控制裝置組成；其特征在于，所述船舶電力推進(jìn)動力裝置由兩套呈左、右對稱安裝在船艉的推進(jìn)電動機(jī)和左、右回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及液壓系統(tǒng)組成，所述兩套推進(jìn)電動機(jī)分別安裝在左、右回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上；所述電力推進(jìn)控制裝置由推進(jìn)控制器、回轉(zhuǎn)控制器以及駕駛操縱臺組成；所述推進(jìn)控制器通過左、右變頻器連接并分別控制兩套推進(jìn)電動機(jī)；所述回轉(zhuǎn)控制器通過液壓系統(tǒng)連接并控制回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；所述駕駛操縱臺控制推進(jìn)控制器和回轉(zhuǎn)控制器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種船舶推進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于，所述推進(jìn)電 動機(jī)是變頻調(diào)速電動機(jī)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種船舶推進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于，所述回轉(zhuǎn)機(jī) 構(gòu)采用全回轉(zhuǎn)螺旋槳式的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種船舶推進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于，所述液壓系 統(tǒng)包括一液壓系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)角設(shè)定端口 。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種船舶推進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于，所述左、右 推進(jìn)電動機(jī)上設(shè)置有轉(zhuǎn)速檢測傳感器和溫度傳感器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種船舶推進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于，所述左、右 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上設(shè)置有回轉(zhuǎn)角檢測傳感器和回轉(zhuǎn)角限位開關(guān)。
7、 稂據(jù)權(quán)利要求1所述的一種船舶推進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于，所述推進(jìn)控 制器為嵌入式控制器，采用可剪裁的實(shí)時操作系統(tǒng)；所述推進(jìn)控制器的主板上 設(shè)有輸入/輸出模塊和通信控制模塊；所述輸入/輸出模塊上的兩個模擬量輸出 端口分別連接左、右變頻器的轉(zhuǎn)速值設(shè)定端口，用于設(shè)置于推進(jìn)電動機(jī)輸出軸 上的螺旋槳轉(zhuǎn)速控制；兩個模擬量輸入端口分別連接左、右推進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 檢測傳感器，獲取推進(jìn)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速值；另外兩個模擬量輸入端口分別連接 左右推進(jìn)電機(jī)的溫度檢測傳感器獲取推進(jìn)電動機(jī)的溫升值；所述通信控制模塊 上CAN總線通信接口通過CAN總線與推進(jìn)控制器、回轉(zhuǎn)控制器和駕駛操縱臺 進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)交換；RS-232/485調(diào)試端口連接編程調(diào)試工具。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種船舶推進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于，所述回轉(zhuǎn)控 制器為嵌入式控制器，采用可剪裁的實(shí)時操作系統(tǒng)；所述回轉(zhuǎn)控制器的主板上設(shè)有輸入/輸出模塊和通信控制模塊；所述輸入/輸出模塊上的兩個模擬量輸出 端口分別連接液壓系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)角設(shè)定端口，用于控制推進(jìn)電動機(jī)上的螺旋槳回 轉(zhuǎn)角控制；兩個模擬量輸入端口分別連接左、右回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)角檢測傳感器， 分別獲取左、右回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的實(shí)際回轉(zhuǎn)角；兩個開關(guān)量輸入端口分別連接左、右 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)角限位開關(guān)，獲取回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)角限位信號；所述通信控制 模塊上CAN總線通信接口通過CAN總線與推進(jìn)控制器、回轉(zhuǎn)控制器和駕駛操 縱臺進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)交換；RS-232/485調(diào)試端口連接編程調(diào)試工具。
9、基于權(quán)利要求1所述的一種船舶推進(jìn)系統(tǒng)的一種航行控制方法，其特 征在于，所述航行控制包括推進(jìn)控制和回轉(zhuǎn)控制。所述的推進(jìn)控制，首先開機(jī) 上電推進(jìn)控制器自檢并掃描來自駕駛操作臺的指令，駕駛操作臺對推進(jìn)控制器 進(jìn)行航速控制、開環(huán)推進(jìn)控制、閉環(huán)推進(jìn)控制，同時根據(jù)上述控制計(jì)算推進(jìn)偏 差值，并根據(jù)推進(jìn)偏差值重新設(shè)定控制參數(shù)來控制推進(jìn)控制器；所述的回轉(zhuǎn)控 制，首先開機(jī)上電回轉(zhuǎn)控制器自檢并掃描來自駕駛操作臺的指令，駕駛操作臺 對回轉(zhuǎn)控制器進(jìn)行航向保持控制、轉(zhuǎn)向控制，同時根據(jù)上述控制計(jì)算推進(jìn)偏差 值，并根據(jù)推進(jìn)偏差值重新設(shè)定控制參數(shù)來控制回轉(zhuǎn)控制器。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種航行控制方法，其特征在于，所述推進(jìn)控 制器以一個可編程的時間函數(shù)關(guān)系的變化方式來調(diào)節(jié)推進(jìn)的速率。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種航行控制方法，其特征在于，所述航速控 制主要包括以下步驟(1) 推進(jìn)控制器比較給定航速值和實(shí)際航速值是否相等，若相等則轉(zhuǎn)入 步驟(2)，若不相等則轉(zhuǎn)入步驟(4);(2) 推進(jìn)控制器掃描駕駛操作臺指令，判斷是否進(jìn)行航速控制，若不是 則轉(zhuǎn)入步驟(l)，若是則轉(zhuǎn)入步驟(3);(3) 推進(jìn)控制器判斷是否進(jìn)行閉環(huán)推進(jìn)控制，若不是則轉(zhuǎn)入開環(huán)推進(jìn)控 制，若是則轉(zhuǎn)入閉環(huán)推進(jìn)控制；(4) 推進(jìn)控制器比較給定航速值和實(shí)際航速值大小，根據(jù)比較結(jié)果設(shè)定 和調(diào)節(jié)變頻器的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)來調(diào)節(jié)推進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速以達(dá)到給定航速， 并轉(zhuǎn)入步驟(l)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種航行控制方法，其特征在于，所述閉環(huán)推進(jìn)控制主要包括以下步驟-(1) 推進(jìn)控制器判斷是否需要進(jìn)行左推進(jìn)控制，若需要則轉(zhuǎn)入歩驟(2)， 若不需要則轉(zhuǎn)入步驟(4);(2) 推進(jìn)控制器比較左螺旋槳轉(zhuǎn)速設(shè)定值與左螺旋槳轉(zhuǎn)速實(shí)際值大小， 若大于則設(shè)定和調(diào)節(jié)左變頻器的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)來調(diào)節(jié)左推進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn) 速以達(dá)到給定航速，并轉(zhuǎn)入步驟(l)，否則轉(zhuǎn)入步驟(3);(3) 推進(jìn)控制器比較左螺旋槳轉(zhuǎn)速設(shè)定值與左螺旋槳轉(zhuǎn)速實(shí)際值大小， 若小于則設(shè)定和調(diào)節(jié)左變頻器的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)來調(diào)節(jié)左推進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn) 速以達(dá)到給定航速，并轉(zhuǎn)入步驟(l)，否則直接轉(zhuǎn)入步驟(l);(4) 推進(jìn)控制器判斷是否需要進(jìn)行右推進(jìn)控制，若需要則轉(zhuǎn)入步驟(5)， 若不需要則轉(zhuǎn)入步驟(7);(5 )推進(jìn)控制器比較右螺旋槳轉(zhuǎn)速設(shè)定值與右螺旋槳轉(zhuǎn)速實(shí)際值大小，若大于則設(shè)定和調(diào)節(jié)右變頻器的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)來調(diào)節(jié)右推進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速以達(dá)到給定航速，并轉(zhuǎn)入步驟(l)，否則轉(zhuǎn)入步驟(6);(6 )推進(jìn)控制器比較右螺旋槳轉(zhuǎn)速設(shè)定值與右螺旋槳轉(zhuǎn)速實(shí)際值大小，若小于則設(shè)定和調(diào)節(jié)右變頻器的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)來調(diào)節(jié)右推進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速以達(dá)到給定航速，并轉(zhuǎn)入步驟(l)，否則直接轉(zhuǎn)入步驟(l);(7) 推進(jìn)控制器重新掃描駕駛操作臺指令判斷是否需要進(jìn)行閉環(huán)推進(jìn)控.制,，若需要則轉(zhuǎn)入步驟(l)，若不需要則轉(zhuǎn)入步驟(8);(8) 推進(jìn)控制器判斷是否需要進(jìn)行開環(huán)推進(jìn)控制，若需要則進(jìn)入開環(huán)推進(jìn)控制，若不需要則進(jìn)入航速控制。
13、根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種航行控制方法，其特征在于，所述開環(huán)推 進(jìn)控制主要包括以下幾步(1) 推進(jìn)控制器判斷是否需要進(jìn)行左推進(jìn)控制，若需要則轉(zhuǎn)入步驟(2)， 若不需要則轉(zhuǎn)入步驟(4);(2) 推進(jìn)控制器判斷是否需要進(jìn)行左加速控制，若需要則通過設(shè)定和調(diào)節(jié)左變頻器的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)來調(diào)節(jié)左推進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速，并轉(zhuǎn)入步驟(l.)，-若不需要則轉(zhuǎn)入步驟(3);(3) 推進(jìn)控制器判斷是否需要進(jìn)行左減速控制，若需要則通過設(shè)定和調(diào)節(jié)左變頻器的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)來調(diào)節(jié)左推進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速，并轉(zhuǎn)入步驟(l)，若不需要則直接轉(zhuǎn)入步驟(l);(4) 推進(jìn)控制器判斷是否需要進(jìn)行右推進(jìn)控制，若需要轉(zhuǎn)入步驟(5)，若 不需要則轉(zhuǎn)入步驟(7);(5) 推進(jìn)控制器判斷是否需要進(jìn)行右加速控制，若需要則通過設(shè)定和調(diào) 節(jié)右變頻器的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)來調(diào)節(jié)右推進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速，并轉(zhuǎn)入步驟(l)， 若不需要則轉(zhuǎn)入步驟(6);(6) 推進(jìn)控制器判斷是否需要進(jìn)行右減速控制，若需要則通過設(shè)定和調(diào) 節(jié)右變頻器的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)來調(diào)節(jié)右推進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速，并轉(zhuǎn)入步驟(l)， 若不需要則直接轉(zhuǎn)入步驟(l);(7) 推進(jìn)控制器重新掃描駕駛操作臺指令判斷是否需要進(jìn)行開環(huán)推進(jìn)控 制，若需要則轉(zhuǎn)入步驟(l)，若不需要則轉(zhuǎn)入步驟(8);(8) 推進(jìn)控制器判斷是否需要進(jìn)行閉環(huán)推進(jìn)控制，若需要則進(jìn)入閉環(huán)^ft' 進(jìn)控制，若不需要則進(jìn)入航速控制。
14、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種航行控制方法，其特征在于，所述航向保 持控制主要包括以下幾步(1) 回轉(zhuǎn)控制器判斷給定航向與實(shí)際航向是否一致，若一致則轉(zhuǎn)入步驟 (2)，若不一致則轉(zhuǎn)入步驟(3);(2) 回轉(zhuǎn)控制器重新掃描駕駛操作臺指令判斷是否需要航向保持控制，. 若需要則轉(zhuǎn)入步驟(l)，若不需要則進(jìn)入轉(zhuǎn)向控制；(3) 回轉(zhuǎn)控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)模式選擇，通過重新設(shè)定回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)角值 來控制螺旋槳回轉(zhuǎn)方向，并轉(zhuǎn)入步驟(l)。
15、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種航行控制方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)向控 制主要包括以下幾步(1) 回轉(zhuǎn)控制器判斷是否需要進(jìn)行轉(zhuǎn)向控制，若需要則轉(zhuǎn)入步驟(2)，若 不需要則轉(zhuǎn)入步驟(5);(2) 回轉(zhuǎn)控制器根據(jù)需要重新設(shè)定回轉(zhuǎn)角值，轉(zhuǎn)入步驟(3);(3) 左右螺旋槳根據(jù)步驟(2)中設(shè)定的回轉(zhuǎn)角值進(jìn)行回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)控制器判斷是否需要進(jìn)行回轉(zhuǎn)角限位，若需要則轉(zhuǎn)入步驟(l)，若不需要則轉(zhuǎn)入步驟(4);(4) 回轉(zhuǎn)控制器判斷回轉(zhuǎn)角設(shè)定值與回轉(zhuǎn)角實(shí)際值是否相等，若相等則轉(zhuǎn)入步驟(l)，若不等則轉(zhuǎn)入步驟(3);(5) 回轉(zhuǎn)控制器重新掃描駕駛操作臺指令判斷是否需要進(jìn)行轉(zhuǎn)向控制， 若需要則轉(zhuǎn)入步驟(l)，若不需要則進(jìn)入航向保持控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種船舶推進(jìn)系統(tǒng)，系統(tǒng)中左右兩套對稱安裝的推進(jìn)電動機(jī)和全回轉(zhuǎn)螺旋槳式的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及液壓系統(tǒng)組成了船舶電力推進(jìn)動力裝置；推進(jìn)控制器、回轉(zhuǎn)控制器和駕駛操縱臺組成了電力推進(jìn)控制裝置。整個系統(tǒng)的航行控制包括推進(jìn)控制和回轉(zhuǎn)控制；推進(jìn)控制是推進(jìn)控制器接受操縱臺的船舶航速指令、左右螺旋槳推進(jìn)指令、開閉環(huán)控制指令，輸出左右螺旋槳推進(jìn)設(shè)定值、左右推進(jìn)螺旋槳偏差值；回轉(zhuǎn)控制是回轉(zhuǎn)控制器接受操縱臺的船舶航向指令和轉(zhuǎn)向指令，輸出左右螺旋槳回轉(zhuǎn)角設(shè)定值。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)船舶推進(jìn)操作智能化、控制簡單化、控制更加精確。
文檔編號H02P5/00GK101342937SQ20081003463
公開日2009年1月14日 申請日期2008年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月14日
發(fā)明者張松勇, 漸開旺, 王建華, 薛圻蒙, 褚建新, 高迪駒 申請人:上海海事大學(xué)