CN1043206C - 水翼船数字控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一个全浸式水翼船的全数字化控制系统，适用于各种水翼船的翼航控制。本发明的目的在于为全浸式水翼船提供一个全新的、数字化的控制系统；它不但具有高度可靠性和灵活性，而且可以完成模拟控制系统无法实现的多种功能。在本发明中多处设计和使用了容错技术，使系统的可靠性和航行的安全性大大提高。

Description

水翼船数字控制系统

本发明涉及一种水翼船数字控制系统，适用于各种水翼船的翼航控制。

水翼船是一种新型高速船舶，船体下装有类似于飞机机翼的水翼系统。当水翼船航行时，随着航速不断增加，水翼在水下运动时产生的升力将船体托出水面达到翼航。因此，水翼船翼航时的航行阻力远远小于排水型船舶，而具有优异的快速性能；因不受水面波浪干扰而尤具优异的适航性能，但它本身并不具有自稳性；翼航稳定性以及灵活的操纵性必须依靠自动控制系统来保证。控制系统是控制水翼后缘所装有的可控制的襟翼，该襟翼在所述的控制系统中被称为控制面。它们包括前水翼后缘的前控制面，后水翼后缘的后左控制面和后右控制面，以及操控航向的艏舵控制面。自动控制系统由状态传感器，计算机和伺服执行机构组成。计算机接收操控指令和各传感器输来的信号，经处理后送到各伺服放大器，使相应的控制面动作，控制水翼船平稳起飞、翼航、回转和降落。

现有实施的全浸式水翼船自动控制系统可举出美国US3886884号专利。该专利技术中，指令、预置量和状态信号等均以模拟量电讯号传输入控制计算机，而后者是由运算放大器组构成各种滤波网络，按既定模式处理放大后输出模拟量的电讯号用以控制伺服操纵油缸使襟翼或艏舵动作。虽然这种控制系统能够控制船稳定航行，但是它所完成的功能具有局限性，而且无法完成如起飞或降落的同时要求灵活的操纵性，在故障下要求可靠，在意外时应能安全平稳降落等功能。所以该专利在实施中，船艇的起飞时操舵航向响应迟缓，而横倾反应又过剧。为改进上述专利技术的不足，美国US4098215号专利在操控环路中加入延缓过滤器，并在起飞操作中对艏舵串接高增益网络，对后左右侧控制面串接低增益网路，这样的结果不仅使得设备的体积增加、结构复杂，而且也使得成本增加。

本发明的目的在于提供一种具有高度可靠性和灵活性的全浸式水翼船控制系统，进一步地，它可以完成现有模拟控制系统无法实现的多种功能。

为实现上述发明目的，本发明的全浸式水翼船数字控制系统具有数个控制面，每个控制面由独立的伺服系统驱动；数个控制面的伺服系统用容错数字计算机对水翼船进行翼航控制，其中计算机的控制数据来自状态传感器和指令发生器其中的数字计算机由模-数转换器、中央处理器和存储单元组成。

所述数字控制系统采用软件设计的程序。

上述容错控制系统为三台或三台以上数字计算机的输出接至容错电路，容错电路的输出送至各伺服系统，实现硬件容错。

由于本发明的上述技术措施，使得本发明的全浸式水翼船数字控制系统具有自动检测、报警和显示功能，因此比同类现有技术的模拟控制系统更安全、更可靠、更准确。由于数字控制系统采用软件设计的程序，因此可以按要求任意扩展功能，只需对硬件稍做修改，改变软件程序即可，修改方便。而无须如美国US3886884及US4098215号专利所公开的技术那样，从新构组控制系统网络。

下面结合附图对本发明进行更详细的说明。

图1是全浸式水翼船的侧视图；

图2是全浸式水翼船从底部向上的仰视图；

图3是本发明的数字控制系统的原理方框图。

如图1、2所示，水翼船包括船体1，前水翼支柱2和后水翼支柱3。在前水翼支柱2的下端是前水翼4，前水翼4的后缘装有前控制面5。在后水翼支柱3的下端装有后水翼6，其后缘的左右分别装有右控制面7和左控制面8。

如图3所示，本发明的全浸式水翼船数字控制系统采用数字计算机进行状态控制，为增加可靠性和保证安全，在系统中融入了容错技术，从而构成了容错控制系统。图中的数字计算机前后分别串接模-数转换器(A/D)和数-模转换器(D/A)，前者把状态传感器以及指令发生器的模拟量转换为数字输入计算机，后者把计算结果的数字转换为模拟量输出到操纵伺服系统。所述的状态传感器包括一套用来感受船的纵倾和横倾的容错陀螺装置，一个用来测量船艏离水面高度的数字高度传感器，一个用来测量船的航向的电控罗经，用来测量其安装处船的加速度的三个垂向加速度计和测向加速度计。所述指令器包括一个设定船的飞高的高度设置器和一个产生使船回转的指令的舵轮。

本控制系统的容错功能在图3所示实施例中是以容错陀螺，容错计算机及容错电路来实现的。容错计算机组由三个中央处理器(11)，接口装置和多个容错电路(9)组成。三个中央处理器(11)并联工作。接口装置包括模-数转换器(10)和数-模转换器(12)。

所述数字控制系统的技术方案为，用现有计算机前后接口装接模-数转换器(A/D)(10)和数-模转换器(D/A)(12)，控制规律采用软件程序的方式，故可以利用现有计算机及软件的功能，对控制规律进行诊错修改、拓展直至重新改编，在模-数转换器(A/D)(10)和数-模转换器(D/A)(12)之后，还可在需要时增减硬件，对系统进行重新构组。

每个控制面由一个独立液压伺服系统驱动。每个液压伺服系统包括：放大器，伺服阀和油缸。

本控制系统的工作过程是各传感器输出信号和指令发生器输出信号经模-数转换器(10)后变成数字信号，经数字计算机按所设计的控制规律进行综合处理后，再经数-模转换器(12)变成模拟信号，送至四个控制面的伺服放大器的输入端，控制各相应的控制面工作，使船能平稳起飞、翼航、回转及降落。

在上述的全浸式水翼船控制系统中，前控制面(13)主要控制船的飞高；后控制面(14)、(15)同步动作主要控制船的纵倾；后控制面(14)、(15)差动动作主要控制船的横倾；后控制面(14)、(15)与艏舵(16)协同动作控制船的回转。

由于对计算机硬件和陀螺进行了容错设计，因此大大提高了系统的可靠性。在一个陀螺和一个中央处理器(11)同时出现故障时，水翼船仍能继续正常航行。

Claims (4)

1．一种全浸式水翼船数字控制系统，具有数个控制面，每个控制面由独立的伺服系统驱动，其特征在于每个控制面的伺服系统用容错数字计算机对水翼船进行翼航控制，其中的数字计算机由模-数转换器、中央处理器和存储单元组成，其中计算机的控制数据来自状态传感器和指令发生器。

2．按照权利要求1所述的全浸式水翼船数字控制系统，其特征在于数字计算机由模-数转换器、中央处理器和存储单元组成。

3．按照权利要求1和2中任意一项中所述的全浸式水翼船数字控制，系统，其特征在于所述数字控制系统采用软件设计的程序。

4．按照权利要求1至3中任意一项所述的全浸式水翼船数字控制系统，其特征在于所述容错控制系统为三台或三台以上数字计算机的输出接至容错电路，容错电路的输出送至各伺服系统，实现硬件容错。

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