CN102791992A - 船舶用发动机的控制装置以及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种船舶用发动机的控制装置以及方法，检测出发动机（11）的实际转速（Ne），反馈给控制部（12）的输入侧。将实际转速（Ne）以及从控制部（12）向发动机（11）输出的燃料指数（FIe）输入到Rσ演算部（13）。在Rσ演算部（13）中，从实际转速（Ne）和燃料指数（FIe）算出负荷阻力系数。求取负荷阻力系数的变动成分的有效值（Rσ）。根据有效值（Rσ）向下修正目标转速（No）。

Description

船舶用发动机的控制装置以及方法
技术领域
本发明涉及一种将船舶的主机转速维持在一定的目标值的发动机控制装置。
背景技术
在船舶中，一般采用将螺旋桨转速（主机转速）维持在一定值的转速固定控制。即，在船舶主机的调速器装置中，通过PID控制，实际转速维持为目标转速（专利文献1）。
专利文献1：日本特开平8-200131号公报
发明内容
（发明要解决的问题）
但是，在转速固定控制中，燃料供给量（燃料指数）按照负荷变动而变动，因此实际转速也以目标转速为中心变动。另外，因为这些变动随着负荷的变动加大而增大，所以如果将转速控制为一定的话，则转速的最大值或燃料供给量的最大值在负荷变动增大的同时变大，发动机的负担过度增大，燃料效率低下。
本发明的目的在于，一边使船舶的主机转速追随于负荷变动，一边减轻作用于发动机的负荷，从而谋求燃料效率的提高。
（解决技术问题的技术方案）
本发明的船舶用发动机的控制装置的特征在于，根据负荷阻力系数的变动幅度的变大程度向下修正主机的目标转速，抑制伴随负荷变动的主机转速的最大值的上升。
负荷阻力系数例如从主机转速和输出到主机的燃料指数的值来求取，负荷阻力系数的变动幅度作为负荷阻力系数的变动成分的有效值而算出。
本发明的船舶的特征在于具备上述船舶用发动机控制装置。
另外，本发明的船舶用发动机控制方法的特征在于，根据负荷阻力系数的变动幅度的变大程度向下修正主机的目标转速，抑制伴随负荷变动的主机转速的最大值的上升。
（发明的效果）
根据本发明，一边使船舶用的主机转速追随于负荷变动，一边减轻作用于发动机的负荷，从而能够谋求燃料效率的提高。
附图说明
图1是表示本实施方式的发动机控制装置的构成的框图。
图2是表示对于负荷阻力系数的变动的旋转速度控制方式、本实施方式的控制方式中的各个物理量的变动的图表。
符号说明
10船舶用发动机控制装置
11主机发动机
12控制部
13Rσ演算部。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示作为本发明的一实施方式的船舶用发动机控制装置的构成的控制框图。
在本实施方式的发动机控制装置10中，发动机11是船舶的主机，其轴（未图示）例如直接或者通过减速机连接到推进用的螺旋桨（未图示）。向发动机11的燃料供给量根据从控制部12输出的燃料指数FIe来控制，操作者将目标转速No作为控制指令给予发动机控制装置10。
另外，在发动机控制装置10中，设置计测发动机11的实际转速Ne的传感器（未图示），计测的实际转速Ne反馈于控制部12的输入侧。即，目标转速No与实际转速Ne的偏差被输入到控制部12。另外，实际转速Ne输入到Rσ演算部13，在Rσ演算部13中，从实际转速Ne以及现在的燃料指数FIe的值算出目标转速No的补正量。Rσ演算部13求取后述的负荷阻力系数R的变动幅度，根据该变动幅度计算目标转速No的补正量（K·Rσ）。被算出的补正量（K·Rσ）反馈到控制部12的输入侧，补正被设定的目标转速No的值。
其次，对负荷阻力系数R的含义以及负荷阻力系数R的算出方法、以及目标转速No的补正量的算出方法进行说明。并且，在以下的说明中，旋转速度（转速）N、输出Pw、转矩Q、燃料指数FI的值以发动机在连续最大额定值（MCR）时为100%的百分比表示。
根据螺旋桨法则，输出Pw［%］与旋转速度（转速）N［%］的3次方成比例，表示为
Pw=R·（N/100）3                （1）
其中R为依存于海象的系数［%］，在本说明书中，将该系数R称为负荷阻力系数。并且，R［%］在平静水面状态（没有风浪的稳定状态）中航行时的平均值成为100%。
另一方面，因为转矩Q［%］、输出Pw［%］、旋转速度N［%］之间有
Q=Pw/（N/100）                    （2）
的关系，所以当使用负荷阻力系数R时，转矩Q表示为
Q=R·（N/100）2                   （3）
进一步来说，在调速器控制中，因为能够将燃料指数FI［%］看作与转矩Q［%］等同（FI=Q），所以从（3）式中得出
FI=R·（N/100）2                  （4）
因此，通过将现在的燃料指数FIe［%］、实际旋转速度Ne［%］代入到（4）式，而求取现在的负荷阻力系数Re的值
Re=FIe/（Ne/100）2                （5）
在本实施方式中，作为表示负荷阻力系数R的变动幅度的指标，使用负荷阻力系数Re的变动成分的有效值Rσ（负荷阻力系数的标准偏差）。即，Rσ表示为（6）式。
Rσ＝（Rrms 2－Rav 2）1/2           （6）
Rrms＝［（∫（Re（t））2dt）/T］1/2
其中，Rrms为Re的有效值，积分为例如在过去的期间T（t1～t2）里的值（例如t2对应于现在时间点）。另外，Rav为负荷阻力系数Re（t）的期间T（t1～t2）里的平均值，作为期间T，例如选择比变动（波浪）的周期还长的时间。另外，因为期间T只要是能得到代表现在海象的Rav的时间即可，所以例如选择数十秒到一小时左右的时间。但是，期间T也可以比数十秒到一小时左右还长，在波浪的周期较短的情况下，也可以选择比数十秒到一小时左右还短的周期。
此外，在本实施方式中，目标转速No的补正量例如作为Rσ乘以补正系数K的值K·Rσ而求取。并且，补正系数K从模拟或试验中求取，成为抑制伴随负荷阻力系数的变动幅度的扩大而实际转速Ne的变动中的最大值（上侧峰值）的上升的值（后述）。此外，补正量负反馈至输入侧，将补正后的目标转速（No－K·Rσ）和实际转速Ne的偏差（No－K·Rσ－Ne）输入控制部12。控制部12对于输入的值例如进行PID演算，将燃料指数FI输出至发动机11的操作端。
接着参照图2，对本实施方式的作用/效果进行说明。在图2中，表示对于转速为一定的现有的旋转速度控制方式A、以及进行指令转速的补正的本实施方式的速度控制方式（指令速度自动变更方式）B的模拟结果。即，表示对各控制方式A、B给予图2（c）所示的负荷阻力系数Re的变动时的各控制方式A、B中的（a）转速变动、（b）燃料指数的变动。
其中给予各控制方式A、B的负荷阻力系数Re的变动如图2（c）所示是相同的（符号A3、B3）。另外，在两控制方式A、B中所设定的目标转速No的值也是相同的90［%］。在图2的图表中，在横轴（时间轴）0～100秒的范围里表示控制方式A中的各物理量的变动［%］，在100～200秒的范围里表示控制方式B中的各物理量的变动［%］。
如图2（c）所示，被设想的负荷阻力系数Re以平静水面状态中的值Re＝100［%］为中心以约10秒周期进行变动，其振幅在图示的范围中逐渐扩大。
这时，在转速一定的控制方式A中，旋转速度（实际转速）Ne追随负荷阻力系数Re的变动，以目标转速No＝90［%］为中心，相对于负荷阻力系数Re以大致逆相位的对应重复约10秒为周期的变动，其振幅也逐渐扩大（符号A1）。在方式A中，因为变动的中心维持在目标转速No，所以在振幅扩大的同时，转速Ne的最大值（上侧峰值）增大，在图示的例中，实际转速Ne的最大值达到约95［%］。并且，这时燃料指数FIe（符号A2）以81［%］为中心对于负荷阻力系数Re（符号A1）以大致同相位、同周期振动，振幅也是对应于负荷阻力系数Re的振幅的增大而扩大。
另一方面，在补正目标转速的控制方式B中，如果负荷阻力系数的变动幅度变大（符号B3），则与此配合，目标转速No被向下修正（补正）。因此，虽然实际转速Ne对于负荷阻力系数Re以大致逆相位，同周期振动，但是通过目标转速No被向下修正，从而振动的实际转速Ne的最大值（上侧峰值）被大致维持在一定，从而抑制最大值的上升。并且，在图示的例中，实际转速Ne的最大值被抑制在约92［%］。此时虽然燃料指数FIe（符号B2）与负荷阻力系数Re以大致同相位、同周期变动，其振幅也扩大，但是其上侧峰值、中心值逐渐下降，大幅度抑制燃料效率。
如上所述，根据本实施方式，从负荷阻力系数的变动成分的变动幅度自动补正（向下修正）指令转速，能够一边使主机转速追随于负荷变动，一边抑制主机转速的变动中的上侧峰值的上升，能够减轻发动机的负荷。另外，通过指令转速的向下修正，抑制燃料指数的输出，谋求燃料效率的提高。而且，在本实施方式中，因为主机转速的变动中的上侧峰值被大致保持在一定，所以不会使转速过度降低。
另外，在本实施方式中，没有为了从实际转速、实际燃料指数求取负荷阻力系数而设置新的构成，从而能够将海象的状态计量化，而适当地补正指令转速。
并且，在本实施方式中，将负荷阻力系数的变动成分的有效值作为评价负荷阻力系数的变动幅度的指标，但是也可以用有效值以外的指标。另外，在不增大由于波浪等产生的转速的变动的峰值的含义中，也能够比较实际转速的最大值（上侧峰值）与目标转速，将目标转速向下修正，使得其差不超过设定值（例如在图2中为2%）。另外，对于控制部，并不限于PID控制，也能够适用于现代控制理论、适应控制、学习控制等。

Claims (5)

1.一种船舶用发动机控制装置，其特征在于，根据负荷阻力系数的变动幅度变大的程度向下修正主机的目标转速，抑制伴随负荷变动的主机转速的最大值的上升。
2.根据权利要求1所述的船舶用发动机控制装置，其特征在于，所述的负荷阻力系数从所述主机转速和输出到所述主机的燃料指数的值来求取。
3.根据权利要求2所述的船舶用发动机控制装置，其特征在于，所述变动幅度作为所述负荷阻力系数的变动成分的有效值而算出。
4.一种船舶，其特征在于，具备根据权利要求1～3中任一项所述的船舶用发动机控制装置。
5.一种船舶用发动机控制方法，其特征在于，根据负荷阻力系数的变动幅度变大的程度向下修正主机的目标转速，抑制伴随负荷变动的主机转速的最大值的上升。
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