CN101342937B - 一种船舶推进系统的航行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶推进系统，系统中左右两套对称安装的推进电动机和全回转螺旋桨式的回转机构及液压系统组成了船舶电力推进动力装置；推进控制器、回转控制器和驾驶操纵台组成了电力推进控制装置。整个系统的航行控制包括推进控制和回转控制；推进控制是推进控制器接受操纵台的船舶航速指令、左右螺旋桨推进指令、开闭环控制指令，输出左右螺旋桨推进设定值、左右推进螺旋桨偏差值；回转控制是回转控制器接受操纵台的船舶航向指令和转向指令，输出左右螺旋桨回转角设定值。本发明能够实现船舶推进操作智能化、控制简单化、控制更加精确。

Description

一种船舶推进系统的航行控制方法

技术领域：

本发明涉及一种船舶推进系统以及与其配套使用的一种航行控制方法，特别涉及一种可回转双桨电力推进的船舶推进装置以及与其配套使用的航行操纵方法。 

背景技术：

船舶推进系统是船舶在水上航行的主动力。长期以来，船舶推进系统主要分为两种：螺旋浆式和喷射式。螺旋浆式推进系统一般由机械动力(内燃机、电动机等)通过固定艉轴带动螺旋浆，螺旋浆转动所产生的推进力作用于船舶，使船舶实现航行运动。喷射式推进系统通过吸水装置在船前端吸入大量的水，将水加压后从船的后端喷出，由此而产生作用于船舶的推进力。这二种推进系统长期以来一直在使用，但前者功率大、造价低，更适宜于普通商船。人们对船舶推进系统所做的改进都是在螺旋浆式和喷射式推进系统的基础上做出的，努力使它们的推进效率和推进控制得到提高。 

但无论是艉轴螺旋浆式还是喷射式推进系统，都须安装舵机及其操舵系统以满足船舶的操纵性要求。一些船舶，如大型战舰、海洋工程船、科学考察船、大型邮轮等，还需具备相当大的侧推力，以充分满足其易于船舶航行操纵的特性。通常的做法是在船舶的船艏或船艉使用大型导流侧推器(tunnel thruster)；有的大型船舶也使用侧推电动机组，以提供较好的操纵性。但是考虑到可靠性，有些船主认为使用侧推电动机组并不是一个很好的办法；至于导流侧推器，在空间上存在一些问题，比如，很难在船艉安装足够大的导流侧推器。 

为了提高船舶操纵性能，人们提出了一种吊舱式全回转螺旋桨推进系统，推进动力(电动机)在水下吊舱内直接带动全回转螺旋桨。这省去了常规舵机及其操舵系统，控制螺旋桨转速产生推力，控制螺旋桨水平回转角产生舵效。但是吊舱式全回转螺旋桨推进系统技术复杂、造价昂贵，至今难以在普通商船上推广应用。因而，寻找一种技术上易实现、操纵性好、造价低廉、可靠性高 的新型船舶推进系统，一直是人们长期追求的目标。 

发明内容：

本发明针对上述现有船舶推进系统所存在的不足，而提供一种舵桨合一，能够实现船舶推进与航向操纵控制智能化的船舶推进系统以及航行控制方法。 

为了达到上述目的，本发明所提供的一种船舶推进系统，该系统主要由船舶电力推进动力装置和电力推进控制装置组成；所述船舶电力推进动力装置由两套呈左、右对称安装在船艉的推进电动机和左、右回转机构以及液压系统组成，所述两套推进电动机分别安装在左、右回转机构上；所述电力推进控制装置由推进控制器、回转控制器以及驾驶操纵台组成；所述推进控制器通过左、右变频器连接并分别控制两套推进电动机；所述回转控制器通过液压系统连接并控制回转机构；所述驾驶操纵台控制推进控制器和回转控制器。 

所述推进电动机是变频调速电动机。 

所述回转机构采用全回转螺旋桨式的回转机构。 

所述液压系统包括一液压系统的回转角设定端口。 

在所述左、右推进电动机上设置有转速检测传感器和温度传感器。 

在所述左、右回转机构上设置有回转角检测传感器和回转角限位开关。 

所述推进控制器为嵌入式控制器，采用可剪裁的实时操作系统；所述推进控制器的主板上设有输入/输出模块和通信控制模块；所述输入/输出模块上的两个模拟量输出端口分别连接左、右变频器的转速值设定端口，用于设置于推进电动机输出轴上的螺旋桨转速控制；两个模拟量输入端口分别连接左、右推进电动机的转速检测传感器，获取推进电机的实际转速值；另外两个模拟量输入端口分别连接左右推进电机的温度检测传感器获取推进电动机的温升值；所述通信控制模块上CAN总线通信接口通过CAN总线与推进控制器、回转控制器和驾驶操纵台进行实时数据交换；RS-232/485调试端口连接编程调试工具。 

所述回转控制器为嵌入式控制器，采用可剪裁的实时操作系统；所述回转控制器的主板上设有输入/输出模块和通信控制模块；所述输入/输出模块上的两个模拟量输出端口分别连接液压系统的回转角设定端口，用于控制推进电动机上的螺旋桨回转角控制；两个模拟量输入端口分别连接左、右回转机构的回 转角检测传感器，分别获取左、右回转机构的实际回转角；两个开关量输入端口分别连接左、右回转机构的回转角限位开关，获取回转机构的回转角限位信号；所述通信控制模块上CAN总线通信接口通过CAN总线与推进控制器、回转控制器和驾驶操纵台进行实时数据交换；RS-232/485调试端口连接编程调试工具。 

根据上述技术方案得到的船舶推进系统，整个系统的航行控制包括推进控制和回转控制。所述的推进控制，首先开机上电，推进控制器自检并扫描来自驾驶操作台的指令，驾驶操作台对推进控制器进行航速控制、开环推进控制、闭环推进控制，同时根据上述控制计算推进偏差值，并根据推进偏差值重新设定控制参数来控制推进控制器；所述的回转控制，首先开机上电，回转控制器自检并扫描来自驾驶操作台的指令，驾驶操作台对回转控制器进行航向保持控制、转向控制，同时根据上述控制计算推进偏差值，并根据推进偏差值重新设定控制参数来控制回转控制器。 

所述推进控制器以一个可编程的时间函数关系的变化方式来调节推进的速率。 

所述航速控制主要包括以下步骤： 

(1)推进控制器比较给定航速值和实际航速值是否相等，若相等则转入步骤(2)，若不相等则转入步骤(4)； 

(2)推进控制器扫描驾驶操作台指令，判断是否进行航速控制，若不是则转入步骤(1)，若是则转入步骤(3)； 

(3)推进控制器判断是否进行闭环推进控制，若不是则转入开环推进控制，若是则转入闭环推进控制； 

(4)推进控制器比较给定航速值和实际航速值大小，根据比较结果设定和调节变频器的工作状态和运行参数来调节推进电动机转速以达到给定航速，并转入步骤(1)。 

所述闭环推进控制主要包括以下步骤： 

(1)推进控制器判断是否需要进行左推进控制，若需要则转入步骤(2)，若不需要则转入步骤(4)； 

(2)推进控制器比较左螺旋桨转速设定值与左螺旋桨转速实际值大小， 若大于则设定和调节左变频器的工作状态和运行参数来调节左推进电动机转速以达到给定航速，并转入步骤(1)，否则转入步骤(3)； 

(3)推进控制器比较左螺旋桨转速设定值与左螺旋桨转速实际值大小，若小于则设定和调节左变频器的工作状态和运行参数来调节左推进电动机转速以达到给定航速，并转入步骤(1)，否则直接转入步骤(1)； 

(4)推进控制器判断是否需要进行右推进控制，若需要则转入步骤(5)，若不需要则转入步骤(7)； 

(5)推进控制器比较右螺旋桨转速设定值与右螺旋桨转速实际值大小，若大于则设定和调节右变频器的工作状态和运行参数来调节右推进电动机转速以达到给定航速，并转入步骤(1)，否则转入步骤(6)； 

(6)推进控制器比较右螺旋桨转速设定值与右螺旋桨转速实际值大小，若小于则设定和调节右变频器的工作状态和运行参数来调节右推进电动机转速以达到给定航速，并转入步骤(1)，否则直接转入步骤(1)； 

(7)推进控制器重新扫描驾驶操作台指令判断是否需要进行闭环推进控制，若需要则转入步骤(1)，若不需要则转入步骤(8)； 

(8)推进控制器判断是否需要进行开环推进控制，若需要进入则开环推进控制，若不需要则进入航速控制。 

所述开环推进控制主要包括以下几步： 

(1)推进控制器判断是否需要进行左推进控制，若需要则转入步骤(2)，若不需要则转入步骤(4)； 

(2)推进控制器判断是否需要进行左加速控制，若需要则通过设定和调节左变频器的工作状态和运行参数来调节左推进电动机转速，并转入步骤(1)，若不需要则转入步骤(3)； 

(3)推进控制器判断是否需要进行左减速控制，若需要则通过设定和调节左变频器的工作状态和运行参数来调节左推进电动机转速，并转入步骤(1)，若不需要则直接转入步骤(1)； 

(4)推进控制器判断是否需要进行右推进控制，若需要则转入步骤(5)，若不需要则转入步骤(7)； 

(5)推进控制器判断是否需要进行右加速控制，若需要则通过设定和调 节右变频器的工作状态和运行参数来调节右推进电动机转速，并转入步骤(1)，若不需要则转入步骤(6)； 

(6)推进控制器判断是否需要进行右减速控制，若需要则通过设定和调节右变频器的工作状态和运行参数来调节右推进电动机转速，并转入步骤(1)，若不需要则直接转入步骤(1)； 

(7)推进控制器重新扫描驾驶操作台指令判断是否需要进行开环推进控制，若需要则转入步骤1，若不需要则转入步骤(8)； 

(8)推进控制器判断是否需要进行闭环推进控制，若需要则进入闭环推进控制，若不需要则进入航速控制。 

所述航向保持控制主要包括以下几步： 

(1)回转控制器判断给定航向与实际航向是否一致，若一致则转入步骤(2)，若不一致则转入步骤(3)； 

(2)回转控制器重新扫描驾驶操作台指令判断是否需要航向保持控制，若需要则转入步骤(1)，若不需要则进入转向控制； 

(3)回转控制器进行调节模式选择，通过重新设定回转机构的回转角值来控制螺旋桨回转方向，并转入步骤(1)。 

所述转向控制主要包括以下几步： 

(1)回转控制器判断是否需要进行转向控制，若需要则转入步骤(2)，若不需要则转入步骤(5)； 

(2)回转控制器根据需要重新设定回转角值，转入步骤(3)； 

(3)左右螺旋桨根据步骤(2)中设定的回转角值进行回转，回转控制器判断是否需要进行回转角限位，若需要则转入步骤(1)，若不需要则转入步骤(4)； 

(4)回转控制器判断回转角设定值与回转角实际值是否相等，若相等则转入步骤(1)，若不等则转入步骤(3)； 

(5)回转控制器重新扫描驾驶操作台指令判断是否需要进行转向控制，若需要则转入步骤(1)，若不需要则进入航向保持控制。 

根据上述技术方案得到的船舶推进系统，以及与其配套使用的航行控制方法，该推进系统在操作时只要在驾驶台通过车钟输入推进指令和航向操纵指令 以及由传感器反馈的船舶实际航速和航向值，整个系统就能够实现自动控制。 

左右舷对称安装的二套推进电动机在全回转机构的控制下既作为推进器又作为舵机。系统实现了推进控制与航向控制的解耦，实施优良的推进控制与航向控制。在良好海况条件下，可进行闭环推进控制(转速闭环)，此时，系统具备负荷限制和转矩限制功能；而在恶劣海况条件下，进行开环推进控制(转速开环)，此时，系统具备转速限制和转矩限制功能。 

附图说明：

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。 

图1为本发明的结构示意图。 

图2为本发明中推进系统的结构示意图。 

图3为本发明中推进控制器的结构示意图。 

图4为本发明中回转控制器的结构示意图。 

图5为本发明中推进控制流程图。 

图6为本发明中回转控制流程图。 

图7为本发明中航速控制流程图。 

图8为本发明中闭环推进控制流程图。 

图9为本发明中开环推进控制流程图。 

图10为本发明中航向保持控制流程图。 

图11为本发明中转向控制流程图。 

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。 

以电动机作为推进动力的电力推进船舶，左右舷对称安装的二套全回转螺旋桨如图1所示。省去了常规舵机及其操舵系统，依靠左右舷对称安装的全回转推进螺旋桨201，控制左右螺旋桨转速n_(P)和n_(S)大小产生推力T_(P)和T_(S)，实现船舶的推进控制；控制左右螺旋桨水平回转角 

和 

的大小而产生实际舵效，实现船舶的航向控制。 

左右舷全回转推进螺旋桨201安装在船舶尾部202，距船舶重心G处x距离，距船舶艏艉线y距离，x/y＝K_xy定义为结构系数。左、右推进螺旋桨推力系数分别为k_T(P)和k_T(S)，螺旋桨转速分别为n_(P)和n_(S)，由此产生的推力分别为  $T_{\left(P\right)}=n_{\left(P\right)}^2{k}_{T\left(P\right)}$ 和 $T_{\left(S\right)}=n_{\left(S\right)}^2{k}_{T\left(S\right)},$ 左、右推进螺旋桨回转角分别为 

和 

。在推进和回转控制下，所产生的转船力矩为 

这说明电力推进船舶左、右舷对称安装的二套全回转螺旋桨，即使螺旋桨不作回转(概念上的不动舵) 

但当二套螺旋桨转速不同时n_(P)≠n_(S)，也将产生实际舵效，使船舶航向发生改变，即船舶的推进控制与航向控制是非线性强耦合的。只有在完全解耦的情况下，才能实施优良的推进控制与航向控制。 

根据上述原理，本发明给出了如图2所示的一种电力推进船舶全回转双桨推进控制与航向控制的控制系统。该系统主要由船舶电力推进动力装置6和电力推进控制装置组成。船舶电力推进动力装置由两套呈左、右对称安装在船艉的推进电动机7和左、右回转机构4以及液压系统5组成，所述两套推进电动机7分别安装在左、右回转机构4上；电力推进控制装置由推进控制器2、回转控制器2以及驾驶操纵台1组成；推进控制器通过左、右变频器24连接并分别控制两套推进电动机7；回转控制器3通过液压系统5连接并控制回转机构4；同时驾驶操纵台控制推进控制器和回转控制器。在本系统中推进电动机是变频调速电动机，回转机构采用全回转螺旋桨式的回转机构，这里采用的回转机构为现有技术则不加以赘述，液压系统包括一液压系统的回转角设定端口，在左、右推进电动机上设置有转速检测传感器和温度传感器，在左、右回转机构上设置有回转角检测传感器和回转角限位开关。 

推进控制器和回转控制器是以x86CPU为核心的嵌入式控制器。主板上包括有输入/输出模块和通信控制模块。x86CPU作为嵌入式推进控制器和回转控制器的核心器件，可以是386、486或586芯片。为了达到实时控制要求，支持x86CPU运行的操作系统是可剪裁的实时操作系统，可以是Linux、WinCE、 VxWorks和ReWorks等。嵌入式推进控制器和回转控制器的组成分别如图3和图4所示。 

根据图3所示，推进控制器主板15上设有输入/输出模块11和通信控制模块12；输入/输出模块上的两个4-20mA模拟量输出端口8分别连接左右变频器的转速值设定端口，用于螺旋桨转速控制；两个4-20mA模拟量输入端口9分别连接左右推进电动机的转速检测传感器，获取推进电动机的实际转速值；另外两个4-20mA模拟量输入端口10分别连接左右推进电动机的温度检测传感器获取推进电动机的温升值；通信控制模块12上CAN总线通信接口13通过CAN总线与推进控制器、回转控制器和驾驶操纵台进行实时数据交换，从而节省了大量的信号电缆，提高了系统的可靠性；RS-232/485调试端口14连接编程调试工具，如笔记本电脑等。 

根据图4所示，回转控制器主板16上设有输入/输出模块23和通信控制模块17；输入/输出模块23上的两个4-20mA模拟量输出端口18分别连接左右回转机构液压系统的回转角设定端口，用于螺旋桨回转角控制；两个4-20mA模拟量输入端口20分别连接左右回转机构的回转角检测传感器，获取回转机构的实际回转角；两个4-20mA开关量输入端口19分别连接左右回转机构的回转角限位开关，获取回转机构的回转角限位信号；通信控制模块17上CAN总线通信接口21通过CAN总线与推进控制器、回转控制器和驾驶操纵台进行实时数据交换；RS-232/485调试端口22连接编程调试工具。 

根据上述技术方案得到的船舶推进系统，整个系统的航行控制包括推进控制和回转控制。螺旋桨推进控制器联接驾驶操纵台和回转控制器，接受操纵台的船舶航速指令、左右螺旋桨推进指令、开闭环控制指令，输出左右螺旋桨推进设定值、左右螺旋桨推进偏差值。主要有三个控制状态：航速控制、开环推进控制和闭环推进控制。推进控制器保证推进调节的速率以一个可编程的时间函数关系变化，使给定转速操作(车钟)和实际转速变化(转速反馈)的快慢与推进装置的响应无关，推进装置仅以速率程序的时间规律作出推进响应(线性增速或线性减速)。根据图5给出的工作流程，首先步骤101开机上电推进控制器自检，并在步骤102中扫描来自驾驶操作台的指令，驾驶操作台对推进控制器进行航速控制103、开环推进控制104、闭环推进控制105，同时在步骤 106中根据上述控制计算推进偏差值，并根据推进偏差值重新设定控制参数来控制推进控制器； 

螺旋桨回转控制器联接驾驶操纵台和推进控制器，接受操纵台的船舶航向指令和转向指令，输出左右螺旋桨回转角设定值。主要有二个控制状态：航向保持和转向控制。根据图6所述的回转控制流程，首先在步骤201中开机上电回转控制器自检，并在步骤202中扫描来自驾驶操作台的指令，驾驶操作台对回转控制器进行航向保持控制203、转向控制204，同时在步骤205中根据上述控制计算推进偏差值，并根据推进偏差值重新设定控制参数来控制回转控制器。 

在航速控制状态下，当给定航速与实际航速的差值V^*-V＝ΔV≠0时，向左、右变频器发出变频调速控制设定值n_(P) ^*和n_(S) ^*，从而控制左、右推进电动机在相应的电源频率f_(P)和f_(S)下运行。通过推进控制器设定和调节左、右变频器的工作状态和运行参数，控制推进电动机的供电电源频率达到调节推进电动机转速的目的，从而控制螺旋桨的推力。图7的流程图指示在启动步骤之后： 

(1)推进控制器比较给定航速值V^*和实际航速值V是否相等，若相等则转入步骤(2)，若不相等则转入步骤(5)； 

(2)推进控制器扫描驾驶操作台指令； 

(3)推进控制器判断是否进行航速控制，若不是则转入步骤(1)，若是则转入步骤(4)； 

(4)推进控制器判断是否进行闭环推进控制，若不是则转入开环推进控制，若是则转入闭环推进控制； 

(5)推进控制器比较给定航速值V^*和实际航速值V大小，若大于则转入步骤(6)，否则转入步骤(7)； 

(6)推进控制器通过设定和调节变频器的工作状态和运行参数来提高左右推进电动机转速以达到给定航速，并转入步骤(1)； 

(7)推进控制器通过设定和调节变频器的工作状态和运行参数来降低左右推进电动机转速以达到给定航速，并转入步骤(1)。 

当推进控制器处于闭环控制模式时，转速设定值n_(P) ^*和n_(S) ^*分别与实际转速n_(P)和n_(S)相比较，直至转速差 $n_{\left(P\right)}^{*}-n_{\left(P\right)}=0,$ $n_{\left(S\right)}^{*}-n_{\left(S\right)}=0.$ 图8的流程图指示在 启动步骤之后： 

(1)推进控制器判断是否需要进行左推进控制，若需要则转入步骤(2)，若不需要则转入步骤(4)； 

(2)推进控制器比较设定螺旋桨转速值n_(P) ^*与实际螺旋桨转速值n_(P)大小，若大于则设定和调节变频器的工作状态和运行参数来调节推进电动机转速以达到给定航速，并转入步骤(1)，否则转入步骤(3)； 

(3)推进控制器比较设定螺旋桨转速值n_(P) ^*与实际螺旋桨转速值n_(P)大小若小于则设定和调节变频器的工作状态和运行参数来调节推进电动机转速以达到给定航速，并转入步骤(1)，否则直接转入步骤(1)； 

(4)推进控制器判断是否需要进行右推进控制，若需要则转入步骤(5)，若不需要则转入步骤(7)； 

(5)推进控制器比较设定螺旋桨转速值n_(S) ^*与实际螺旋桨转速值n_(S)大小，若大于则设定和调节变频器的工作状态和运行参数来调节推进电动机转速以达到给定航速，并转入步骤(1)，否则转入步骤(6)； 

(6)推进控制器比较设定螺旋桨转速值n_(S) ^*与实际螺旋桨转速值n_(S)大小，若小于则设定和调节变频器的工作状态和运行参数来调节推进电动机转速以达到给定航速，并转入步骤(1)，否则直接转入步骤(1)； 

(7)推进控制器重新扫描驾驶操作台指令判断是否需要进行闭环推进控制，若需要则转入步骤(1)，若不需要则转入步骤(8)； 

(8)推进控制器判断是否需要进行开环推进控制，若需要则进入开环推进控制，若不需要则进入航速控制。 

当推进控制器处于开环控制模式时，断开实际转速n_(P)和n_(S)的反馈通道。图9的流程图指示在启动步骤之后： 

(1)推进控制器判断是否需要进行左推进控制，若需要则转入步骤(2)，若不需要则转入步骤(4)； 

(2)推进控制器判断是否需要进行左加速控制，若需要则通过设定和调节左变频器的工作状态和运行参数来调节左推进电动机转速，并转入步骤(1)，若不需要则转入步骤(3)； 

(3)推进控制器判断是否需要进行左减速控制，若需要则通过设定和调 节左变频器的工作状态和运行参数来调节左推进电动机转速，并转入步骤(1)，若不需要则直接转入步骤(1)； 

(4)推进控制器判断是否需要进行右推进控制，若需要则转入步骤(5)，若不需要则转入步骤(7)； 

(5)推进控制器判断是否需要进行右加速控制，若需要则通过设定和调节右变频器的工作状态和运行参数来调节右推进电动机转速，并转入步骤(1)，若不需要则转入步骤(6)； 

(6)推进控制器判断是否需要进行右减速控制，若需要则通过设定和调节右变频器的工作状态和运行参数来调节右推进电动机转速，并转入步骤(1)，若不需要则直接转入步骤(1)； 

(7)推进控制器重新扫描驾驶操作台指令判断是否需要进行开环推进控制，若需要则转入步骤(1)，若不需要则转入步骤(8)； 

(8)推进控制器判断是否需要进行闭环推进控制，若需要则进入闭环推进控制，若不需要则进入航速控制。 

上述两种模式分别应用于不同航行环境下，当水面风平浪静时，可以实施闭环控制模式，而当风浪较大航行环境恶劣时，则实施开环控制模式。 

当给定航向与实际航向的差值ψ^*-ψ＝Δψ≠0时，向左、右回转机构的液压系统发出回转角设定值 

和 从而控制左、右螺旋桨的回转。左、右螺旋桨可以各自独立处于不同回转角状态下 

此时产生式(1)所表示的转船力矩。推进控制时，在左右螺旋桨转速不同情况下，仍然要保持船舶航向不变(直航)，因此要求在推进控制时不产生转船力矩，以保持船舶航向。图10的流程图指示在启动步骤之后： 

(1)回转控制器判断给定航向ψ^*与实际航向ψ是否一致，若一致则转入步骤(2)，若不一致则转入步骤(3)； 

(2)回转控制器重新扫描驾驶操作台指令判断是否需要航向保持控制，若需要则转入步骤(1)，若不需要则进入转向控制； 

(3)回转控制器进行调节模式选择，回转控制器判断船舶是否处于右偏航，若是则转入步骤(4)，若不是则转入步骤(5)； 

(4)通过重新设定左、右回转机构的回转角值来控制螺旋桨顺时针回转， 并转入步骤(1)。 

(5)通过重新设定左、右回转机构的回转角值来控制螺旋桨逆时针回转，并转入步骤(1)。 

上述步骤中的调节模式的选择具体通过下述方式完成： 

(1)当左螺旋桨转速大于右螺旋桨转速0＜n_(P)-n_(S)≤ε时，应用第一种调节模式。 

当左螺旋桨转速大于右螺旋桨转速n_(P)＞n_(S)，且转速差不大时，第一种调节模式是保持右螺旋桨不回转，而令左螺旋桨顺时针回转一定角度，所产生的回转力矩来消除N_T＝ΔT·y的影响。即令 

并令式(1)N＝0，从而得到左螺旋桨回转角大小： 

式中x/y＝K_xy为结构系数， $i_{S/P}=\frac{T_{\left(S\right)}}{T_{\left(P\right)}}\≈\frac{n_{\left(S\right)}}{n_{\left(P\right)}}$ 为推力比(转速比)。这说明，尽管n_(P)≠n_(S)，且n_(P)＞n_(S)，但只要保持左螺旋桨在式(2)的回转角下，推进控制就不会造成船舶右偏航，实现了控制解耦。 

(2)当左螺旋桨转速大于右螺旋桨转速0＜ε＜n_(P)-n_(S)时，应用第二种调节模式。 

当左螺旋桨转速大于右螺旋桨转速n_(P)＞n_(S)，时，且转速差较大时，第二种调节模式是令左、右螺旋桨同时顺时针回转相同角度，所产生的回转力矩来消除N_T＝ΔT·y的影响。即令 

由式(1)N＝0，从而得到左、右螺旋桨同时顺时针回转角的大小： 

只要保持左、右螺旋桨同时顺时针回转式(3)的回转角下，推进控制就不会造成船舶右偏航，实现了控制解耦。 

(3)当左螺旋桨转速小于右螺旋桨转速-ε≤n_(P)-n_(S)＜0时，应用第三种调节模式。 

当左螺旋桨转速小于右螺旋桨转速n_(P)＜n_(S)，且转速差不大时，第三种调 节模式是保持左螺旋桨不回转，而令右螺旋桨逆时针回转一定角度，所产生的回转力矩来消除N_T＝ΔT·y的影响。即令 并令式(1)N＝0，从而得到右螺旋桨回转角大小： 

这说明，尽管n_(P)≠n_(S)，且n_(P)＜n_(S)，但只要保持右螺旋桨在式(4)的回转角下，推进控制就不会造成船舶左偏航，实现了控制解耦。 

(4)当左螺旋桨转速小于右螺旋桨转速n_(P)-n_(S)＜-ε＜0时，应用第四种调节模式。 

当左螺旋桨转速小于右螺旋桨转速n_(P)＜n_(S)，且转速差较大时，第四种调节模式是令左、右螺旋桨同时逆时针回转相同角度，所产生的回转力矩来消除N_T＝ΔT·y的影响。即令 由式(1)N＝0，从而得到左、右螺旋桨同时逆时针回转角的大小： 

只要保持左、右螺旋桨同时逆时针回转式(4)的回转角下，推进控制就不会造成船舶左偏航，实现了控制解耦。 

在转向控制状态下，根据右转向或左转向指令直接控制左、右螺旋桨回转。图11的流程图指示在启动步骤之后： 

(1)回转控制器判断是否需要进行右转向控制，若需要则转入步骤(2)，若不需要则转入步骤(5)； 

(2)回转控制器根据需要重新设定逆时针回转角值，转入步骤(3)； 

(3)螺旋桨根据步骤(2)中设定的回转角值进行逆时针回转，回转控制器判断是否需要进行回转角限位，若需要转入步骤(1)，若不需要转入步骤(4)； 

(4)回转控制器判断回转角设定值与回转角实际值是否相等，若相等则转入步骤(1)，若不等则转入步骤(3)； 

(5)回转控制器判断是否需要进行左转向控制，若需要则转入步骤(6)，若不需要则转入步骤(9)； 

(6)回转控制器根据需要重新设定顺时针回转角值，转入步骤(7)； 

(7)螺旋桨根据步骤(6)中设定的回转角值进行顺时针回转，回转控制器判断是否需要进行回转角限位，若需要转入步骤(1)，若不需要转入步骤(8)； 

(8)回转控制器判断回转角设定值与回转角实际值是否相等，若相等则转入步骤(1)，若不等则转入步骤(7)； 

(9)回转控制器重新扫描驾驶操作台指令判断是否需要进行转向控制，若需要则转入步骤(1)，若不需要则进入航向保持控制。 

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 

Claims (7)

1.一种船舶推进系统的航行控制方法，其特征在于，所述航行控制包括推进控制和回转控制，所述的推进控制，首先开机上电推进控制器自检并扫描来自驾驶操作台的指令，驾驶操作台对推进控制器进行航速控制、开环推进控制、闭环推进控制，同时根据上述控制计算推进偏差值，并根据推进偏差值重新设定控制参数来控制推进控制器；所述的回转控制，首先开机上电回转控制器自检并扫描来自驾驶操作台的指令，驾驶操作台对回转控制器进行航向保持控制、转向控制，同时根据上述控制计算推进偏差值，并根据推进偏差值重新设定控制参数来控制回转控制器。

2.根据权利要求1所述的一种船舶推进系统的航行控制方法，其特征在于，所述推进控制器以一个可编程的时间函数关系的变化方式来调节推进的速率。

3.根据权利要求1所述的一种船舶推进系统的航行控制方法，其特征在于，所述航速控制主要包括以下步骤：

(1)推进控制器比较给定航速值和实际航速值是否相等，若相等则转入步骤(2)，若不相等则转入步骤(4)；

(2)推进控制器扫描驾驶操作台指令，判断是否进行航速控制，若不是则转入步骤(1)，若是则转入步骤(3)；

(3)推进控制器判断是否进行闭环推进控制，若不是则转入开环推进控制，若是则转入闭环推进控制；

(4)推进控制器比较给定航速值和实际航速值大小，根据比较结果设定和调节变频器的工作状态和运行参数来调节推进电动机转速以达到给定航速，并转入步骤(1)。

4.根据权利要求1所述的一种船舶推进系统的航行控制方法，其特征在于，所述闭环推进控制主要包括以下步骤：

(1)推进控制器判断是否需要进行左推进控制，若需要则转入步骤(2)，若不需要则转入步骤(4)；

(2)推进控制器比较左螺旋桨转速设定值与左螺旋桨转速实际值大小，若大于则设定和调节左变频器的工作状态和运行参数来调节左推进电动机转速以达到给定航速，并转入步骤(1)，否则转入步骤(3)；

(3)推进控制器比较左螺旋桨转速设定值与左螺旋桨转速实际值大小，若小于则设定和调节左变频器的工作状态和运行参数来调节左推进电动机转速以达到给定航速，并转入步骤(1)，否则直接转入步骤(1)；

(4)推进控制器判断是否需要进行右推进控制，若需要则转入步骤(5)，若不需要则转入步骤(7)；

(5)推进控制器比较右螺旋桨转速设定值与右螺旋桨转速实际值大小，若大于则设定和调节右变频器的工作状态和运行参数来调节右推进电动机转速以达到给定航速，并转入步骤(1)，否则转入步骤(6)；

(6)推进控制器比较右螺旋桨转速设定值与右螺旋桨转速实际值大小，若小于则设定和调节右变频器的工作状态和运行参数来调节右推进电动机转速以达到给定航速，并转入步骤(1)，否则直接转入步骤(1)；

(7)推进控制器重新扫描驾驶操作台指令判断是否需要进行闭环推进控制，若需要则转入步骤(1)，若不需要则转入步骤(8)；

(8)推进控制器判断是否需要进行开环推进控制，若需要则进入开环推进控制，若不需要则进入航速控制。

5.根据权利要求1所述的一种船舶推进系统的航行控制方法，其特征在于，所述开环推进控制主要包括以下几步：

(1)推进控制器判断是否需要进行左推进控制，若需要则转入步骤(2)，若不需要则转入步骤(4)；

(2)推进控制器判断是否需要进行左加速控制，若需要则通过设定和调节左变频器的工作状态和运行参数来调节左推进电动机转速，并转入步骤(1)，若不需要则转入步骤(3)；

(3)推进控制器判断是否需要进行左减速控制，若需要则通过设定和调节左变频器的工作状态和运行参数来调节左推进电动机转速，并转入步骤(1)，若不需要则直接转入步骤(1)；

(4)推进控制器判断是否需要进行右推进控制，若需要转入步骤(5)，若不需要则转入步骤(7)；

(5)推进控制器判断是否需要进行右加速控制，若需要则通过设定和调节右变频器的工作状态和运行参数来调节右推进电动机转速，并转入步骤(1)，若不需要则转入步骤(6)；

(6)推进控制器判断是否需要进行右减速控制，若需要则通过设定和调节右变频器的工作状态和运行参数来调节右推进电动机转速，并转入步骤(1)，若不需要则直接转入步骤(1)；

(7)推进控制器重新扫描驾驶操作台指令判断是否需要进行开环推进控制，若需要则转入步骤(1)，若不需要则转入步骤(8)；

(8)推进控制器判断是否需要进行闭环推进控制，若需要则进入闭环推进控制，若不需要则进入航速控制。

6.根据权利要求1所述的一种船舶推进系统的航行控制方法，其特征在于，所述航向保持控制主要包括以下几步：

(1)回转控制器判断给定航向与实际航向是否一致，若一致则转入步骤(2)，若不一致则转入步骤(3)；

(2)回转控制器重新扫描驾驶操作台指令判断是否需要航向保持控制，若需要则转入步骤(1)，若不需要则进入转向控制；

(3)回转控制器进行调节模式选择，通过重新设定回转机构的回转角值来控制螺旋桨回转方向，并转入步骤(1)。

7.根据权利要求1所述的一种船舶推进系统的航行控制方法，其特征在于，所述转向控制主要包括以下几步：

(1)回转控制器判断是否需要进行转向控制，若需要则转入步骤(2)，若不需要则转入步骤(5)；

(2)回转控制器根据需要重新设定回转角值，转入步骤(3)；

(3)左右螺旋桨根据步骤(2)中设定的回转角值进行回转，回转控制器判断是否需要进行回转角限位，若需要则转入步骤(1)，若不需要则转入步骤(4)；

(4)回转控制器判断回转角设定值与回转角实际值是否相等，若相等则转入步骤(1)，若不等则转入步骤(3)；

(5)回转控制器重新扫描驾驶操作台指令判断是否需要进行转向控制，若需要则转入步骤(1)，若不需要则进入航向保持控制。

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