CN102803693A - 船舶用发动机控制装置以及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种船舶用发动机控制装置以及方法。设置将包括船体、主机、螺旋桨的控制对象（10）进行模拟的观测器（12）。将来自用于控制主机的控制部（11）的调速器指令（u）作为观测器（12）的输入。将主机的实际旋转数（Ne）反馈到观测器（12）。将在观测器（12）中推定的老化前的船速（Vmo）保存在存储器（13）中。在老化后，根据由观测器（12）推定的船速（Vm）与老化前的船速（Vmo）之差，修正控制参数。

Description

船舶用发动机控制装置以及方法
技术领域
本发明涉及一种控制船舶主机的运转的发动机控制装置。
背景技术
在船舶主机的调速器控制中，广泛采用把螺旋桨旋转数（主机旋转数）维持为一定值的PID控制。另外，为了防止空转时的过旋转，也已知根据发动机的模拟模型变更PID控制参数的构成（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）
在专利文献1中，虽然提出了通过模拟来预测由干扰引起的旋转数变动，从而变更PID控制参数，但是，并没有采用对应老化性的船体阻力的增加、螺旋桨效率的降低、发动机性能的恶化等来变更控制的构成。
本发明的目的是进行配合船舶的老化的效率出色的主机运转。
（解决技术问题的技术方案）
本发明的船舶用发动机控制装置，其特征在于具备：控制部，控制船舶的主机的运转；观测器，将包括主机以及船体的船舶作为控制对象，将来自控制部的操作量作为输入；修正单元，由观测器推定控制对象的受到老化影响的物理量，根据物理量的老化前的值和老化后的值，变更控制部的控制参数。
优选的是，修正单元根据物理量的老化前的值和老化后的值，将观测器的模拟器变更成与老化后的控制对象相对应的数值模型。由此，能够更加正确地推定控制对象的老化。
并且，优选的是，船舶的发动机控制装置具备记录物理量的老化前的值的存储器，修正单元根据记录在该存储器中的物理量的值和老化后所推定的物理量的值，进行控制参数的变更。物理量例如是船速，修正单元对应老化前后的船速之差来变更控制参数。控制部例如进行PID控制，上述船速差越大，修正单元将P增益以及/或者D增益变更为越大的值。并且，例如上述船速差越大，修正单元将I增益变更为越小的值。并且，在发动机控制装置中，例如检测主机的旋转数，并反馈到观测器。
本发明的船舶，其特征在于具备上述发动机控制装置。
本发明的船舶用发动机控制方法，其特征在于，在将包括主机以及船体的船舶作为控制对象并将来自控制主机的运转的控制部的操作量作为输入的观测器中，推定控制对象的受到老化影响的物理量，根据物理量的老化前的值和老化后的值，变更控制主机的运转的控制部的控制参数。
（发明的效果）
依据本发明，能够进行配合船舶的老化的高效率的主机运转。
附图说明
图1是示出作为本发明的实施方式的发动机控制装置的构成的框图。
图2是示出控制对象与观测器的关系的框图。
符号说明
10：控制对象
11：控制部（PID运算部）
12：观测器
13：存储器
14：修正运算部。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
图1是示出作为本发明一个实施方式的船舶用发动机控制装置的构成的控制框图。
控制对象10包括主机、螺旋桨、船体等，调速器指令u从控制部11提供给主机。控制部11例如是进行旋转数一定的PID控制的调速器。另外，在主机的输出轴（未图示）上，设置计测主机的实际旋转数Ne的传感器（未图示），实际旋转数Ne负反馈到控制部11的输入侧。即，在控制部11中输入目标旋转数No与实际旋转数Ne的偏差，经过PID运算而输出调速器指令u。
另外，本实施方式的发动机控制装置具备把控制对象10进行数值模型化的观测器12。图2是示出控制对象10与观测器12的详细关系的框图。如图2所示，观测器12以调速器指令u为输入，把旋转数N或者船速（对水船速）V等作为状态变量。在本实施方式中，由于计测实际旋转数Ne，因此在观测器12中，实际旋转数Ne与作为模拟器的输出的旋转数Nm之差被反馈到模拟器，推定各状态变量。另外，图2的A、B、C、K是在各变量中起作用的运算符。
另外，发动机控制装置具备存储器13和修正运算部14。修正运算部14使用来自观测器12的输出和保存在存储器13中的数据，计算出对应实际船舶的老化而修正控制部11的控制参数的修正量。在本实施方式中，由于控制部11进行PID控制，因此成为修正对象的控制参数是PID增益，控制部11的PID增益根据由修正运算部14计算出的修正量进行更新。
在存储器13中记录前一次控制参数更新时由观测器12计算出的船速Vmo。接着，当进行控制参数的更新时，在与计算出船速Vmo时相同的条件下，例如，使旋转数或者燃料投入量成为与前一次相同的值，使船舶航行，由观测器计算出当前的船速Vm。在运算部14中，输入由观测器12推定的当前的船速Vm和储存在存储器13中的过去的船速Vmo，根据这些值，计算出控制部11的控制参数的修正量。
由于老化，船体阻力增大，螺旋桨效率降低，因此即使海象或者燃料供给量相同，船速也比前一次更新时（例如新制造时）慢。从而，由观测器12推定的当前船速Vm比过去的船速Vmo慢。
在修正运算部14中，例如，过去的船速Vmo与当前的船速Vm之差（Vmo－Vm）作为修正量被计算出，在控制部11中，（Vmo－Vm）的值越大，P增益、D增益被设定为越大，并且/或者I增益被设定为越小。即，由于如果发生老化，则船体阻力增大，螺旋桨效率降低，因此为了得到与新制造时相同的响应性，需要取得差（Vmo－Vm）的值越大，P以及/或者D的增益越大。例如，P、D的增益与（Vmo－Vm）的增大成比例增大，I增益成反比例减小。
另外，这时在修正运算部14中，根据输入的Vmo、Vm，对于观测器12中的状态方程式，也配合控制对象的老化来进行修正，观测器12的模拟器（数值模型）被更新为与当前的控制对象相对应。
例如，将（N、V）t作为以旋转数N以及速度V为成分的状态矢量（t表示转置），将（N'，V'）t作为与（N，V）t的时间有关的一阶微分，将调速器指令u作为输入，同时，将在状态矢量（N，V）t和输入u中分别运算的2×2矩阵、2×1矩阵的元素作为｛Ai}、｛Bi｝，当将系统的状态方程式（一部分）表示为
［数1］
N ′ V ′ = A 11 A 12 A 21 A 22 N V + B 1 B 2 u
时，A12成为包括螺旋桨旋转的阻力的元素，A22成为包括船体阻力的元素。这时，A12以及A22例如分别更新为A12·Vmo/Vm以及A22·Vmo/Vm。另外，其它的元素维持为原来的值。另外，在上述状态方程式中，省略了与主机等有关的变量，但也能够成为考虑到主机阀门的恶化等的构成。
如上所述，依据本实施方式，由于不用实测船速就能够推定船体或者螺旋桨等的老化，并与其配合而更新控制参数，因此，能够常时进行配合船舶的老化的高效率的主机运转。另外，由此能够减小海上功率裕度（シーマージン），改善新制造时的燃油消耗。
另外，在能够根据调速器指令u以充分的精度模拟老化前的船速的情况下，能够将模拟的老化前的船速而不是保存在存储器中的过去的船速，与由本实施方式的观测器推定的当前的船速进行比较，进行控制部或者观测器的更新。
另外，观测的状态变量不限定于旋转数，例如，既可以是螺旋桨轴的转矩等，也可以是多个物理量。另外，作为用于推定老化的物理量，在本实施方式中使用了船速的推定值，但是例如也能够用观测器推定转矩或者推进力，根据这些值推定老化，更新控制参数。
在本实施方式中，以PID控制为例进行了说明，但是在除此以外的控制方式中，也能够配合所推定的船体或者螺旋桨的老化，更新控制参数，以得到老化前的响应性。

Claims (9)

1.一种船舶的发动机控制装置，其特征在于具备：
控制部，控制船舶的主机的运转；
观测器，将包括所述主机以及船体的船舶作为控制对象，将来自所述控制部的操作量作为输入；
修正单元，由所述观测器推定所述控制对象的受到老化影响的物理量，根据所述物理量的老化前的值和老化后的值，变更所述控制部的控制参数。
2.根据权利要求1所述的船舶的发动机控制装置，其特征在于，所述修正单元根据所述物理量的老化前的值和老化后的值，将所述观测器的模拟器变更成与老化后的控制对象相对应的数值模型。
3.根据权利要求1所述的船舶的发动机控制装置，其特征在于，具备记录所述物理量的老化前的值的存储器，所述修正单元根据记录在所述存储器中的所述物理量的值和老化后所推定的所述物理量的值，进行所述控制参数的变更。
4.根据权利要求3所述的船舶的发动机控制装置，其特征在于，所述物理量是船速，所述修正单元对应所述老化前后的船速之差来变更所述控制参数。
5.根据权利要求4所述的船舶的发动机控制装置，其特征在于，所述控制部进行PID控制，所述差越大，所述修正单元将P增益以及/或者D增益变更为越大的值。
6.根据权利要求3或5中任一项所述的船舶的发动机控制装置，其特征在于，所述控制部进行PID控制，所述差越大，所述修正单元将I增益变更为越小的值。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的船舶的发动机控制装置，其特征在于，检测所述主机的旋转数，并反馈到所述观测器。
8.一种船舶，其特征在于，具备权利要求1至7中任一项所述的发动机控制装置。
9.一种船舶的发动机控制方法，其特征在于，在将包括主机以及船体的船舶作为控制对象并将来自控制所述主机的运转的控制部的操作量作为输入的观测器中，推定所述控制对象的受到老化影响的物理量，根据所述物理量的老化前的值和老化后的值，变更控制所述主机的运转的控制部的控制参数。
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