CN103482052B - 基于方位角路径跟踪的船舶全回转控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明方法涉及一种基于方位角路径跟踪的船舶全回转控制方法，该方法包括：根据全回转手柄旋转的实际方位角和速度的电气信号，得到全回转手柄的实际方位角和速度值；跟踪方位角的电气命令值，将所述方位角的电气命令值与所述实际方位角电气信号比较，得到差值θ，速度的电气命令值与实际速度电气值比较，得到速度差值σ；根据所述差值，中控箱向方位角控制机构发出正向或者反向转动的命令，以及向速度控制机构发出加速或者减速的命令，使得所述差值θ和σ在规定范围内。通过本发明方法能够实时、精确地控制全回转水平的方位角，即控制全回转装置的推力方向，提高了对全回转推进装置方向控制的准确度。

Description

基于方位角路径跟踪的船舶全回转控制方法

技术领域

本发明涉及全回转推进装置的控制方法，具体地指一种基于方位角路径跟踪的船舶全回转控制方法。

背景技术

全回转推进装置可替代常规舵机和艉侧向推进器，节约了建造成本；同时由于其能在水平面内360°旋转，所以倒车时采用的方式是旋转180°而不是螺旋桨反转，从而提高了工作效率。以肖鑫生开发的Z型全回转舵桨装置为例，使可节省燃料5%-10%，提高航速10%-20%，提高推进效率8%-10%，而ABB公司的Azipod系统可将船舶的燃油消耗降低25%。由于其操纵灵活，最早应用于港口作业和渡轮。随着全回转推进装置的装船率不断提升，可靠性也大幅提高。

全回转推进装置的主要控制元件是全回转手柄，故以手柄信号为基础的控制方法是全回转控制的核心。全回转手柄有竖直和水平方向的两个自由度，其中，竖直方向的角度决定了螺旋桨转速，此转速控制全回转装置的推力大小，而水平方向的旋转决定了全回转水平的方位角，此方位角控制全回转装置的推力方向。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种基于方位角路径跟踪的船舶全回转控制方法，该控制方法实现对全回转手柄水平方向的控制，即控制全回转推进装置的推力方向。

实现本发明目的采用的技术方案是：一种基于方位角路径跟踪的船舶全回转控制方法，该控制方法包括：

根据全回转手柄旋转的实际方位角和速度的电气信号，得到全回转手柄的实际方位角和速度值；

跟踪方位角的电气命令值，将所述方位角的电气命令值与所述实际方位角电气信号比较，得到方位角差值θ；速度的电气命令值与实际速度电气值比较，得到速度差值σ；

根据所述差值θ，中控箱向方位角控制机构发出正向或者反向转动的命令，以及向速度控制机构发出加速或者减速的命令，使得所述差值θ和σ在规定范围内。

通过本发明方法能够实时、精确地控制全回转水平的方位角，即控制全回转装置的推力方向，提高了对全回转推进装置方向控制的准确度。

附图说明

图1为本发明所用船舶全回转推进装置的结构示意图。

图2为本发明基于方位角路径跟踪的船舶全回转控制方法的流程图。

图3为图2中控箱的控制流程图。

图4为实施例中全回转手柄旋转的方向设定示意图。

图5为方位角的电气命令值与实际方位角电气信号差值θ的绝对值小于死区范围δ的示意图。

图6为全回转手柄正向时，旋转方位角的电气命令值与实际方位角电气信号差值θ>δ的示意图。

图7为全回转手柄反向时，旋转方位角的电气命令值与实际方位角电气信号差值θ>δ的示意图。

图8为全回转手柄正向时，旋转方位角的电气命令值与实际方位角电气信号差值θ<-δ的示意图。

图9为全回转手柄正向时，旋转方位角的电气命令值与实际方位角电气信号差值θ<-δ的示意图。

图10为实施例中一种例外情况的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明方法作进一步详细的说明。

本发明方法适用于船舶全回转推进装置的电气控制系统，如图1所示，船舶全回转推进装置中设有一个全回转手柄以及一个中控箱。全回转手柄安放在驾控台上，由操船人员对其进行控制，全回转手柄内部设置了一个编码器和一个电位器，编码器用于将方位角物理命令值转化为方位角电气命令值，电位器用于将速度物理命令值转化为速度电气命令值。中控箱安装在舵桨舱，内置PLC等数据处理单元，负责接收、处理和发送命令值到现场设备（如速度控制机构、方位角控制机构），中控箱同时采集方位角电气命令值和速度电气命令值，然后将速度电气命令值发送给速度控制机构，并跟踪方位角电气命令值及其变化，按照路径跟踪的方式将方位角命令发送给全回转方位角控制机构。

本发明基于方位角路径跟踪的船舶全回转控制方法，包括以下步骤：

S101、采集全回转手柄旋转的实际方位角的物理信号和实际速度的物理信号，并分别转换得到全回转手柄旋转的实际方位角的电气信号和实际速度的电气信号，从而得到全回转手柄旋转的实际方位角和实际速度。

S102、跟踪方位角的电气命令值，编码器将全回转手柄的方位角物理命令值转化为方位角电气命令值，电位器将全回转手柄的速度物理命令值转化为速度电气命令值。

S103、将方位角的电气命令值与实际方位角电气信号比较，得到方位角差值θ，速度的电气命令值与实际速度电气值比较，得到速度差值σ；。

S104、根据方位角差值θ，中控箱向方位角控制机构发出正向或者反向转动的命令，以及向速度控制机构发出加速或者减速的命令，使得所述差值θ和σ在规定范围内，具体过程如图2所示，步骤如下：

首先设定全回转手柄旋转的正负方向，如图4所示，本实施例中，以Y轴正向为0°（360°），顺时针方向为正向，逆时针方向为反向。

若差值θ的绝对值小于死区范围δ，即-δ≤θ≤δ（δ>0），此时系统认为实际值无需做任何调整，即命令值与实际值保持不变，称为静止状态，如图5 所示。

若差值θ>δ，则判断命令值与实际值的方向，如果两者的方向为正向，如图6所示，则中控箱向速度控制机构发出减速的命令，使得差值θ的绝对值小于死区范围δ；如果两者的方向为反向，如图7所示，则中控箱向速度控制机构发出加速的命令，使得差值θ的绝对值小于死区范围δ。

若差值θ<-δ，则判断命令值与实际值的方向，如果两者的方向为正向，如图8所示，则中控箱向速度控制机构发出加速的命令，使得差值θ的绝对值小于死区范围δ；如果两者的方向为反向，如图9所示，则中控箱向速度控制机构发出减速的命令，使得差值θ的绝对值小于死区范围δ。

考虑到节能和纠正误操作的因素，本发明方法还提供一种例外情况：如图10所示，当全回转手柄命令值转动ω1达到某个新位置时，若此时实际值还未跟随到命令值，又逆向转动了ω2达到更新的位置，此时实际值将转动φ≈ω1-ω2（考虑死区范围，此处为≈而不是=）。

Claims (1)

1.一种基于方位角路径跟踪的船舶全回转控制方法，其特征在于，包括：

根据全回转手柄旋转的实际方位角和速度的电气信号，得到全回转手柄的实际方位角和速度值；采集全回转手柄旋转的实际方位角和速度的物理信号，并分别转换得到所述全回转手柄旋转的实际方位角和速度的电气信号；

跟踪方位角的电气命令值，将所述方位角的电气命令值与所述实际方位角电气信号比较，得到方位角差值θ；将所述速度的电气命令值与实际速度电气值比较，得到速度差值σ；

若差值θ>δ，δ为死区范围，则判断命令值与实际值的方向，如果两者的方向为正向，则中控箱向速度控制机构发出减速的命令，使得差值θ的绝对值小于死区范围δ；如果两者的方向为反向，则中控箱向速度控制机构发出加速的命令，使得差值θ的绝对值小于死区范围δ；

若差值θ<-δ，δ为死区范围，则判断命令值与实际值的方向，如果两者的方向为正向，则中控箱向速度控制机构发出加速的命令，使得差值θ的绝对值小于死区范围δ；如果两者的方向为反向，则中控箱向速度控制机构发出减速的命令，使得差值θ的绝对值小于死区范围δ。