CN102126547B - 舵角采集方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种舵角采集方法、装置及系统。其中，该舵角采集方法包括：确定船舶操舵控制系统中允许的最小精度；根据舵角的最大角度范围和所述最小精度确定电位器的标定电压和舵角的标定角度之间的对应关系；检测所述电位器的电压；根据所述电位器的电压和所述对应关系得到所述舵角的角度值的方法。通过本发明，可以简单、准确地对舵角进行采集。

Description

舵角采集方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及船舶领域，具体而言，涉及一种舵角采集方法、装置及系统。

背景技术

在船舶操舵控制系统中，需要实时获取当前的实际舵角角度，采集舵角的精度越高，控制精度就越高。随着对船舶操舵系统的控制精度要求越来越高，对舵角采集系统的要求也越来越高，传统的舵角采集系统只能保证1度的采集误差，无法满足精益操舵系统的要求。

在相关技术中，提供了一种解决方案，该方案如下：

如图1所示，通过连杆系统11将舵角10传递到电位器(单圈)12，使得当舵叶10处于0度位置时，电位器12正好位于中点位置。然后根据关键点标定，粗略的用线性的方法将电位差转换成角度。

现有技术的解决方案是这样的：预先标定几个特征点，例如+35°、0°和-35°(正负表示左右，正表示右，负表示左)，然后假定+35°到0°，以及0°到-35°这两端区间内，角度变化是线性的。如图2所示。

通过上述方案可以看出，现有的舵角采集系统没有标定机制，其对安装的要求很高。如果连杆机构不是严格的平行四边形，其传递的角度就不是严格的1比1传递，而是会产生一定的畸变，例如当舵叶为5度时，传递到电位器的角度可能为4.5度，这时就会导致误差的产生，同时如果当舵叶处于0度时，电位器不处于绝对中点，也会产生误差。所以现有的采集技术对安装要求很高，要求连杆尽量接近平行四边形，舵叶处于0度时，电位器要尽量接近绝对中点。这在安装上很困难，为了达到1度的误差精度，安装人员需要反复调整。

针对相关技术中舵角采集方法不易校准且误差也比较大的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中舵角采集方法不易校准且误差也比较大的问题而提出本发明，为此，本发明的主要目的在于提供一种舵角采集方法、装置及系统，以解决上述问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种舵角采集方法。该舵角采集方法包括：确定船舶操舵控制系统中允许的最小精度；根据舵角的最大角度范围和最小精度确定电位器的标定电压和舵角的标定角度之间的对应关系；检测电位器的电压；根据电位器的电压和对应关系得到舵角的角度值。

进一步地，电位器的标定电压和舵角的标定角度之间的对应关系包括以下之一：一标定电压对应一标定角度；以及一标定电压对应两标定角度。

进一步地，根据舵角的最大角度范围和最小精度确定电位器的标定电压和舵角的标定角度之间的对应关系包括：建立控制器中的存储器的保存数据的地址与标定电压和标定角度的对应关系；以及根据标定电压和标定角度的对应关系获取电位器的标定电压和舵角的标定角度之间的对应关系。

进一步地，根据标定电压和标定角度的对应关系获取电位器的标定电压和舵角的标定角度之间的对应关系包括采用以下公式来确定：Dx＝(Vx-Vn)*Kn+Dn，其中，Kn为斜率，且Kn＝(Dn+1-Dn)/(Vn+1-Vn)，其中，Dx、Dn和Dn+1分别表示第x次、第N次和第N+1次标定的角度，Vx、Vn和Vn+1分别表示第x次、第N次和第N+1次标定的电压，Vn≤Vx≤Vn+1。

进一步地，根据舵角的最大角度范围和最小精度确定电位器的标定电压和舵角的标定角度之间的对应关系包括：避开电位器中零阻值附近预定范围的值。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种舵角采集装置。该舵角采集装置包括：第一确定模块，用于确定船舶操舵控制系统中允许的最小精度；第二确定模块，用于根据舵角的最大角度范围和所述最小精度确定电位器的标定电压和舵角的标定角度之间的对应关系；检测模块，用于检测所述电位器的电压；计算模块，用于根据所述电位器的电压和所述对应关系得到所述舵角的角度值。

进一步地，第二确定模块包括：建立模块，用于建立控制器中的Flash存储器的保存数据的地址与标定电压和标定角度的对应关系；以及确定子模块，用于根据标定电压和标定角度的对应关系获取电位器的标定电压和舵角的标定角度之间的对应关系。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种舵角采集系统。该舵角采集系统包括上述根据本发明的舵角采集装置。

进一步地，该舵角采集系统包括：电位器，经由连杆系统连接至舵叶；其中，所述电位器与所述舵角采集装置相连接。

通过本发明，采用确定船舶操舵控制系统中允许的最小精度；根据舵角的最大角度范围和所述最小精度确定电位器的标定电压和舵角的标定角度之间的对应关系；检测所述电位器的电压；根据所述电位器的电压和所述对应关系得到所述舵角的角度值的方法，解决了相关技术中舵角采集方法不易校准且误差也比较大的问题，进而达到了简单、准确地对舵角进行采集的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据相关技术的舵角采集系统的示意图；

图2是根据相关技术的舵角采集方法的示意图；

图3是根据本发明实施例的舵角采集方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的舵角采集系统的示意图；以及

图5是根据本发明实施例的舵角采集装置的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图3是根据本发明实施例的舵角采集方法的流程图。

如图3所示，该方法包括如下步骤：

步骤S302，确定船舶操舵控制系统中允许的最小精度。

步骤S304，根据舵角的最大角度范围和所述最小精度确定电位器的标定电压和舵角的标定角度之间的对应关系。

例如，所述电位器的标定电压和所述舵角的标定角度之间的对应关系可以为：

一标定电压对应一标定角度；或者，一标定电压对应两标定角度。

优选地，根据舵角的最大角度范围和所述最小精度确定电位器的标定电压和舵角的标定角度之间的对应关系包括：建立控制器中的Flash的保存数据的地址与所述标定电压和所述标定角度的对应关系；以及，根据所述标定电压和所述标定角度的对应关系获取所述电位器的标定电压和所述舵角的标定角度之间的对应关系。

优选地，根据所述标定电压和所述标定角度的对应关系获取所述电位器的标定电压和所述舵角的标定角度之间的对应关系包括采用以下公式来确定：

Dx＝(Vx-Vn)*Kn+Dn，

其中，Kn为斜率，且Kn＝(Dn+1-Dn)/(Vn+1-Vn)，其中，Vx≥Vn，Vx≤Vn+1，Dn和Dn+1分别表示第N次和第N+1次标定的角度，Vn和Vn+1分别表示第N次和第N+1次标定的电压。

步骤S306，检测所述电位器的电压。

步骤S308，根据所述电位器的电压和所述对应关系得到所述舵角的角度值。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图4是根据本发明实施例的舵角采集系统的示意图。

如图4所示，该舵角采集系统包括齿轮放大系统、电位器和微处理器MCU，其中，齿轮放大系统连接至舵，电位器连接至齿轮放大系统，微处理器MCU连接至电位器。

对于上述的舵角采集方法，可以采用多点标定，Hash定位查询的算法。

首先，确定该系统中允许的最小角度精度，一般为1°(该精度还可以为更小值)，然后可以根据左右最大角度范围确定从+35°到-35°中一共最多有70段需要标定的策略，即，+35°到+34°，+34°到+33°一直到-34°到-35°每一段都可以标定，也就是一度一标定。当然也可以每两度标定一次，甚至存在不均匀标定，依实际情况而定。为下述方便，我们把第N个标定记为Cn(Dn，Vn)，其中Dn表示第N次标定的角度，Vn表示第N次标定的电压。

接下来，采用Hash算法，我们可以建立一个这样的映射关系：

N→Cn(Dn，Vn)

在控制器(或者舵角采集装置)中的Flash是根据地址来读取数据的。因此我们当然可以将地址也建立这样一个映射关系：

N→F(ADDn)

这里，ADDn表示Flash的保存数据的地址，F表示映射函数。

这样，单片机中的地址和标定数据间有了一个非常直接的对应，即：

F(ADDn)→Cn(Dn，Vn)

也就是说，可以根据这样一个映射快速的找到电压Vx和角度Dx的对应关系：

①满足Vx≥Vn，Vx≤Vn+1

②斜率Kn＝(Dn+1-Dn)/(Vn+1-Vn)

③Dx＝(Vx-Vn)*Kn+Dn

从这个公式中，可以看出，标定的精度和斜率Kn有关，也就是说和相邻两次的标定电压Vn+1，Vn的精度有关。该精度在硬件和结构上一般都可以容易达到。且该公式反应了相邻两次的电压值的递增还是递减与标定结果没有关系。

需要注意的是，一般电位器都存在一个电阻过零的问题，而且在零阻值附近存在不稳定的现象。在实际应用过程中，最好避开这段区域。

因而，优选地，根据舵角的最大角度范围和所述最小精度确定电位器的标定电压和舵角的标定角度之间的对应关系包括：避开所述电位器中零阻值附近预定范围的值。

图4是根据本发明实施例的舵角采集系统的示意图。

电位器，经由连杆系统连接至舵叶；其中，所述电位器与所述舵角采集装置相连接。

图5是根据本发明实施例的舵角采集装置的示意图。该舵角采集装置包括第一确定模块502、第二确定模块504、检测模块506和计算模块508。

其中，第一确定模块502用于确定船舶操舵控制系统中允许的最小精度；第二确定模块504用于根据舵角的最大角度范围和所述最小精度确定电位器的标定电压和舵角的标定角度之间的对应关系；检测模块506用于检测所述电位器的电压；计算模块508用于根据所述电位器的电压和所述对应关系得到所述舵角的角度值。

优选地，第二确定模块还可以包括：建立模块，用于建立控制器中的Flash的保存数据的地址与所述标定电压和所述标定角度的对应关系；确定子模块，用于根据所述标定电压和所述标定角度的对应关系获取所述电位器的标定电压和所述舵角的标定角度之间的对应关系。

需要说明的是，本发明中的舵角采集系统，可以包括本发明任意实施例所提供的舵角采集装置。

从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：

标定误差可以有效控制在一个很小的范围内。

标定点数可变，在线性不好的区域可以多标定几个点，在线性好的区域可以少标定几个点。

标定策略可以更改。

标定点冗余，可以进行替代策略修改。

Hash读取设定数据，快速，而且查询周期固定，周期性好。

设备安装时，一般采用电位器部件，采用此算法，电位器连接方向不会影响标定结果。

应用于该算法的设备将具有更高的精度：例如，舵角采集误差可以小于0.2度。

安装简单：由于采用了标定矫正技术，对连杆的安装要求大大降低。

稳定可靠：算法上可以对硬件及安装误差进行补偿。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种舵角采集方法，其特征在于，包括：

确定船舶操舵控制系统中允许的最小精度；

根据舵角的最大角度范围和所述最小精度确定电位器的标定电压和舵角的标定角度之间的对应关系；

检测所述电位器的电压；以及

根据所述电位器的电压和所述对应关系得到所述舵角的角度值，

其中，所述电位器的标定电压和所述舵角的标定角度之间的对应关系包括以下之一：

一标定电压对应一标定角度；以及

一标定电压对应两标定角度，

其中，根据舵角的最大角度范围和所述最小精度确定电位器的标定电压和舵角的标定角度之间的对应关系包括：

建立控制器中的存储器的保存数据的地址与所述标定电压和所述标定角度的对应关系，

其中，所述电位器的标定电压和所述舵角的标定角度之间的对应关系包括采用以下公式来确定：

Dx=(Vx－Vn)*Kn＋Dn，

其中，Kn为斜率，且Kn=(Dn+1－Dn)/(Vn+1－Vn)，其中，Dx、Dn和Dn+1分别表示第x次、第N次和第N+1次标定的角度，Vx、Vn和Vn+1分别表示第x次、第N次和第N+1次标定的电压，Vn≤Vx≤Vn+1。

2.根据权利要求1所述的舵角采集方法，其特征在于，根据舵角的最大角度范围和所述最小精度确定电位器的标定电压和舵角的标定角度之间的对应关系包括：

避开所述电位器中零阻值附近预定范围的值。

3.一种舵角采集装置，其特征在于，包括：

第一确定模块，用于确定船舶操舵控制系统中允许的最小精度；

第二确定模块，用于根据舵角的最大角度范围和所述最小精度确定电位器的标定电压和舵角的标定角度之间的对应关系；

检测模块，用于检测所述电位器的电压；以及

计算模块，用于根据所述电位器的电压和所述对应关系得到所述舵角的角度值，

其中，所述电位器的标定电压和所述舵角的标定角度之间的对应关系包括以下之一：

一标定电压对应一标定角度；以及

一标定电压对应两标定角度，

其中，所述第二确定模块包括：

建立模块，用于建立控制器中的Flash存储器的保存数据的地址与所述标定电压和所述标定角度的对应关系；以及

确定子模块，用于获取所述电位器的标定电压和所述舵角的标定角度之间的对应关系，

其中，所述电位器的标定电压和所述舵角的标定角度之间的对应关系包括采用以下公式来确定：

Dx=(Vx－Vn)*Kn＋Dn，

其中，Kn为斜率，且Kn=(Dn+1－Dn)/(Vn+1－Vn)，其中，Dx、Dn和Dn+1分别表示第x次、第N次和第N+1次标定的角度，Vx、Vn和Vn+1分别表示第x次、第N次和第N+1次标定的电压，Vn≤Vx≤Vn+1。

4.一种舵角采集系统，其特征在于，包括权利要求3所述的舵角采集装置。

5.根据权利要求4所述的舵角采集系统，其特征在于，还包括：

电位器，经由连杆系统连接至舵叶；

其中，所述电位器与所述舵角采集装置相连接。

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