CN103754348B - 一种纯电动船的手操纵控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纯电动船的手操纵控制装置，包括船舶手操器，所述船舶手操器中嵌入有控制器，所述控制器的输入端连有光电传感器和电位器装置，所述光电传感器用于检测所述船舶手操器的手柄位置，所述船舶手操器的手柄进入模拟量调节区域后由所述电位器装置将模拟量送入控制器；所述控制器的输出端与DSP数字控制器相连。本发明可以使纯电动船的电气控制系统获得操纵者的操纵想法或意图。

Description

一种纯电动船的手操纵控制装置

技术领域

本发明涉及电动船控制技术领域，特别是涉及一种纯电动船的手操纵控制装置。

背景技术

在电动船逐步取代燃油船的变革过程中，虽然还面临了巨大的挑战，但是，随着先进的科学技术发展，很多技术难点已经不再是重大的问题。

当燃油船的动力被电驱动的动力所取代的时候，很多传统驱动动力的操作模式还必须照原样的被保留，只有在操作模式不变更的情况下，让电驱动的动力取代燃油驱动的状态，才能让更多人毫无顾虑地接受纯电动船这一现实，因为，纯电动船的驱动能力是完全能和传统燃油船并驾齐驱的。在不消耗一滴燃油的前提下，由超级电容发出瞬间的能力保持并超越原燃油驱动的动力；当需要持续提供能量的时候则由动力锂电池提供能量。这一能量的发出或给定（驱动力的给定或超级电容锂电池能量的给定），都是由船驾驶者通过手操控制器给出，然而，这一给定的操纵模式，还必须与原燃油驱动船的操纵系统相一致，没有感觉上的差异或区别。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种纯电动船的手操纵控制装置，以使纯电动船的电气控制系统获得操纵者的操纵想法或意图。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种纯电动船的手操纵控制装置，包括船舶手操器，所述船舶手操器中嵌入有控制器，所述控制器的输入端连有光电传感器和非接触式电位器装置，所述光电传感器用于检测所述船舶手操器的手柄位置，所述船舶手操器的手柄进入模拟量调节区域后由所述非接触式电位器装置将模拟量送入控制器；所述控制器的输出端与DSP数字控制器相连。

所述控制器通过输入按钮接口与手柄操作按钮相连。

所述手柄操作按钮包括经济/运动模式切换按钮、时间寻优按钮、速度寻优按钮、速度寻优自动调节按钮、时间寻优自动调节按钮和组合模式自动调节按钮。

所述控制器还与指示灯模块相连，所述指示灯模块用于指示船舶所处的状态。

所述光电传感器共有三个，分别用于检测所述船舶手操器的前进位置、中止位置和倒退位置。

所述非接触式电位器装置为非接触式电位器开关。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明在原有的燃油船给定操纵器上加入了纯电动船所需要的电控给定信号装置，以使纯电动船的电气控制系统获得操纵者的操纵想法或意图，使电动船的驱动器系统发出相匹配的动力，以推动船的运动。

本发明的控制器是被嵌入在传统船舶手操器内，而使之成为不同于一般传统应用系统的操作器。由于嵌入了本控制器，因此，该操作具有了智能控制的特征，又由于加入了与船舶航行智能化、自动寻优的功能，因此，引入了一个船舶航行全新的理念：量程全自动标定、运动模式与经济模式控制、自动寻优等等。

附图说明

图1是本发明的内部原理图；

图2是采用本发明的系统框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种纯电动船的手操纵控制装置，如图1所示，包括船舶手操器，所述船舶手操器中嵌入有控制器1，所述控制器1的输入端连有光电传感器2和非接触式电位器装置3，所述光电传感器2用于检测所述船舶手操器的手柄位置，所述船舶手操器的手柄进入模拟量调节区域后由所述非接触式电位器装置3将模拟量送入控制器1；所述控制器1的输出端与DSP数字控制器相连。其中，所述控制器1还通过输入按钮接口5与手柄操作按钮相连，用以实现智能控制。所述控制器1还与指示灯模块4相连，所述指示灯模块4用于指示船舶所处的状态。图1中，所述光电传感器2共有三个，分别用于检测所述船舶手操器的前进位置、中止位置和倒退位置。所述非接触式电位器装置3为非接触式电位器开关。

本发明可利用DSP数字控制器和FPGA（CPLD）构成一种专用的纯电动船的操控装置控制器。

本控制器是被嵌入在传统船舶手操器内，而使之成为不同于一般传统应用系统的操作器。由于嵌入了本控制器，因此，该操作具有了智能控制的特征，又由于加入了与船舶航行智能化、自动寻优的功能，因此，引入了一个船舶航行全新的理念：量程全自动标定、运动模式与经济模式控制、自动寻优等等。

为描述本发明，下面将从三个方面进行阐述：

（一）、本发明所开发的操控器嵌入板

在本发明中设计了一款适合于现有船舶手操器外型结构的板件，嵌入安装在其中，一台手操器有同样的二块板子构成。

值得一提的是，该发明的设计原理可以适合于任何种类、任何外形结构的船用操纵器。延用传统的操纵器是因为考虑到操纵过程的连贯性。专门设计的外形结构的操纵器同样适用于任何总类的电动船舶上。

在板件上有光电传感器，将手操器的操纵手柄的位置信号送入FPGA（CPLD）；手柄进入模拟量调节区域后由非接触的点位器装置将模拟量装置送入；按钮部分接收操纵的触发，送人经过FPGA后再送入DSP。

（二）、专用按钮

作为输入部分的重要环节，在手操器上设有专门的按钮键，可扩充的6个按钮键分别承担了不同的功能输入（其按钮的数量和功能可扩充），它们分别是：

1、经济/运动模式的切换，通过这个键入，可以将船的速度进入二个不同的状态，具体的设定值，在船舶调试的阶段已经设置。运动模式状态的速度将设置明显快于经济模式的速度，经济模式即为节电模式。

2、时间寻优，当按动此键，系统将依照本次开机后的所有历史记录，启动算法因子的寻优，以时间为中心来实施寻优，然后给出优化后的节能模式下的航行速度给定。

3、速度寻优，当按动此键，系统将依照本次开机后的所有历史记录，启动算法因子的寻优，以速度为中心来实施寻优，然后给出优化后的节能模式下的航行速度给定。

4、自动调节（速度寻优），当按动此键，系统将依照最近一次速度寻优所得到的参数给定，实施自动巡航，将以此参数为中心，进行调节。若要结束这一进程，只需将操纵杆做微微的移动，该项进程将结束。

5、自动调节（时间寻优），当按动此键，系统将依照最近一次时间寻优所得到的参数给定，实施自动巡航，将以此参数为中心，进行调节。若要结束这一进程，只需将操纵杆做微微的移动，该项进程将结束。

6、自动调节（组合模式），当按动此键，系统将依照最近一次寻优所得到的参数实施三参数的综合算法（速度、时间、能量），以算出给定，实施自动巡航，将以此参数为中心，进行调节。若要结束这一进程，只需将操纵杆做微微的移动，该项进程将结束。

当船舶进入自动调节过程时，经济运行模式和运动运行模式将被系统屏蔽或称“挂起”，在系统算法中，以自动调节处于最优先权状态。

（三）、操控功能描述

由于系统采用了DSP数字控制器对电动船的手操器实施了算法控制，因此，当系统进入“冷启动”状态时，系统将自动对手操器实施状态巡检，在最初的10秒时间内船舶系统将处于“停滞状态”，系统自动对手操器的模拟量进行“量化标定”，此功能完成后，系统显示屏（船载控制器）将给出OK标识，系统因此进入待命状态。

当系统手操器被操控后，后续的所有模拟参数给出（发送至船载控制器）将依照当时标定给出的依据实施给定量控制。

1）、当开机后未键入“运动/经济”模式按钮，系统默认的状态为“经济模式”，经济模式状态下的速度，是以出厂设定值为依据。此时整船的运行模式将以限速为主。

2）、当键入“运动/经济”模式按钮，系统认定的状态为“运动模式”，运动模式下的速度，是以出厂设定值为依据。此时整船的运行模式将最高速度为主。操纵者会感觉动力将突出的强劲。

3）、当船舶运行至比较稳定航道时，操纵者可以依照当时的需求，让系统自动学习前阶段的运行状况（所必须注意的是，航行时间必须大于30分钟，才能使用这一功能，否则，会因为参数累计量不够而达不到优化的效果）。如前所述，可以通过不同按钮学习到是以何种参数为主的算法结果。

4）、经过自学习后的参数将作为船舶的航行依据而进行自动调速。要取消这一进程，只需将操作杆做前后滑动，即停止这一“自给定”的状态。

所以，由于本发明对纯电动船的操纵系统进行了电动化改造，并与船舶控制器实施了数据联动，因此在操控过程中实现了人性化的控制模式，无疑对节能效果还是对操控的难度都带来益处。

如图2所示，操控器在上电并完成“冷启动”自检过程后，系统将实施与整船系统控制器的数据应答，其连接过程系通过通讯适配器，通过网络控制器的数据通道将操控器的给定参数给出。

本发明将手动操控的过程通过机械装置与板件的结合，将前进、倒退、中止的位置通过该板件上的光电传感器，通过板上适配电路完成机械与电信号的物理转换，然后送至FPGA(CPLD)处理，由FPGA(CPLD)处理，进行电路底层的辨识，包含所有按键的键入，经过处理处理与辨识的讯息送至DSP进行数字处理，利用DSP数字处理器对键入和操控的模拟量信息进行综合分析，经过数字化处理的讯息送入通讯适配器，该通讯适配器与船舶所拥有的船载控制器是能进行数据交换功能的，并依照了该讯息对整船实施控制调节。由此可见，本发明的重要作用之一是，将传统的操控器装置通过本系统装置的嵌入，完成了智能化系统的改造和改良。

Claims (4)

1.一种纯电动船的手操纵控制装置，包括船舶手操器，其特征在于，所述船舶手操器中嵌入有控制器(1)，所述控制器(1)的输入端连有光电传感器(2)和非接触式电位器装置(3)，所述光电传感器(2)用于检测所述船舶手操器的手柄位置，所述船舶手操器的手柄进入模拟量调节区域后由所述非接触式电位器装置(3)将模拟量送入控制器(1)；所述控制器(1)的输出端与DSP数字控制器相连；所述控制器(1)通过输入按钮接口(5)与手柄操作按钮相连；所述手柄操作按钮包括经济/运动模式切换按钮、时间寻优按钮、速度寻优按钮、速度寻优自动调节按钮、时间寻优自动调节按钮和组合模式自动调节按钮。

2.根据权利要求1所述的纯电动船的手操纵控制装置，其特征在于，所述控制器(1)还与指示灯模块(4)相连，所述指示灯模块(4)用于指示船舶所处的状态。

3.根据权利要求1所述的纯电动船的手操纵控制装置，其特征在于，所述光电传感器(2)共有三个，分别用于检测所述船舶手操器的前进位置、中止位置和倒退位置。

4.根据权利要求1所述的纯电动船的手操纵控制装置，其特征在于，所述非接触式电位器装置(3)为非接触式电位器开关。