CN107922042B - 船舶推进方法和船舶推进装置 - Google Patents

Abstract

提供一种能够顺畅地进行从电动机推进向混合动力推进的转变的船舶推进方法。船舶推进装置(1)具有螺旋桨(9)、由调速器(3)进行控制的主机(2)、由变频器(12)进行转矩控制的电动机(11)以及控制器(4)。控制器基于外部信号来判断推进状态，利用电动机推进控制部(50)或混合动力推进控制部(40)来进行控制。在电动机推进控制中，以使电动机的转速与目标转速一致的方式通过反馈控制向变频器指示转矩指令值，在混合动力控制中，利用对主机输出的当前值与目标值之间的偏差进行PID运算而得到的辅助转矩指令值来控制变频器。优化主机输出和电动机辅助量的分配，从而使调速器控制的主机的运转高效化。

Description

船舶推进方法和船舶推进装置

技术领域

本发明涉及一种利用通过由调速器(governor)进行控制的主机以及由变频器(inverter)进行转矩控制的电动机来使船舶的螺旋桨(propeller)旋转的混合动力推进的船舶推进方法以及装置，特别涉及一种在完成从电动机推进向混合动力推进的转变之前持续进行电动机的转矩控制、由此避免在向混合动力推进的转变过程中螺旋桨驱动力被中断的船舶推进方法以及装置。

专利文献1所记载的发明的目的在于，在能够进行电动机推进与混合动力推进的切换的船舶用推进装置中，在切换时防止转速的停滞来提高操作性。根据该船舶推进装置，利用增加率相对大的斜坡函数来控制电动机推进中的电动发电机(motor generator)M/G20的转速以及混合动力推进中的主机的转速。在为了从电动机推进切换为混合动力推进而使离合器(clutch)7嵌合来使M/G的转速和主机的转速同步地上升时，利用增加率相对小的斜坡函数对M/G的转速和主机的转速进行控制。根据该发明，离合器嵌合动作中的切换转速的上升变缓，可以期待消除转速停滞从而能够进行连续性且没有不协调感的动作模式的切换。

专利文献1：日本特开2013-132967号公报

发明内容

发明要解决的问题

根据专利文献1所记载的发明，在电动机推进中，变频器进行速度控制，但是在利用主机和电动机来航行的混合动力推进中，变频器需要切换为转矩控制。因此，存在以下问题：作为变频器，需要具有能够将电动机的控制选择性地切换为速度控制和转矩控制的功能，与仅进行其中一个控制的廉价的通用变频器相比，部件成本或制造成本变得昂贵。

另外，根据专利文献1所记载的发明，存在以下问题：如图15所示，在从电动机推进区域向混合动力推进区域转变的中途，存在离合器从脱离状态向嵌合状态转变的期间，在该期间，虽然只是瞬间性的，但是存在螺旋桨驱动力下降、运转状态变得不稳定的趋势。

如图15的曲线图左侧所示，在电动机推进区域中，电动机输出比例为100％，变频器对电动机进行速度控制。在此，离合器处于脱离状态，主机脱离于螺旋桨的驱动系统。

如图15的曲线图中央所示，当从该电动机推进向混合动力推进区域的转变开始时，变频器将其控制从速度控制切换为转矩控制。在该切换时，控制器将离合器嵌合指令输出到离合器控制装置，离合器控制装置使离合器操作用电磁阀开启(ON)以使离合器为嵌合状态。然而，从离合器工作油压上升起到主机的驱动力被传递到螺旋桨为止存在些许时滞，因此有时存在以下情况：瞬间性地产生主机输出未被传递到螺旋桨的状况，变为螺旋桨驱动力一瞬间下降的状态。而且，该时滞时间根据离合器工作油温度、螺旋桨负荷、离合器的劣化程度等各种条件而发生变化，并不一定是固定的。

此外，如图15的曲线图右侧所示，当进入混合动力推进区域时，电动机进行辅助(电动机输出超过0kw的情况)的量根据螺旋桨负荷而发生变化，主机输出的比例为100％-电动机的辅助量(％)。

并且，根据专利文献1所记载的发明，在从电动机推进向混合动力推进转变时，作为表示将主机与螺旋桨连结的离合器的状态的信息，需要使用从离合器直接获取的离合器嵌合信号，从而存在以下问题：用于获取所述信号的传感器类的配置耗费成本，因此与此相应地部件成本或制造成本变得昂贵。

本发明以解决上述问题为目的，其目的在于提供如下的船舶推进方法和船舶推进装置：在电动机的控制中能够使用廉价的通用变频器，而且，即使在从电动机推进区域向混合动力推进区域转变的中途，螺旋桨驱动力也不会下降，运转状态稳定，因此能够顺畅地进行运转状态的转变，并且，不需要表示离合器的状态的离合器嵌合信号等。

用于解决问题的方案

第一发明所记载的船舶推进方法如下：

一种船舶推进方法，具备：主机，其由调速器进行控制；离合器，其能够将所述主机的驱动力传递到螺旋桨；电动机，其对所述螺旋桨进行驱动；发动机驱动型发电机，其由发动机驱动发电机来产生电力；以及变频器，其利用从所述发动机驱动型发电机供给的电力来对所述电动机进行转矩控制，在该船舶推进方法中，在由所述电动机进行的电动机推进与由所述主机和所述电动机进行的混合动力推进之间进行切换来对船舶进行推进，该电动机推进是在使所述离合器脱离的状态下进行的，该混合动力推进是在使所述离合器嵌合的状态下进行的，该船舶推进方法的特征在于，

使用以下三个条件式来判定从所述电动机推进向所述混合动力推进状态的转变是否已完成：

(a)主机输出≥螺旋桨旋转所需输出值；

(b)电动机输出<螺旋桨旋转所需输出值；

(c)(电动机转速-主机转速)的绝对值≤规定转速，

在所述条件式(a)和所述条件式(b)成立、或者所述条件式(a)和所述条件式(c)成立的情况下，判定为混合动力推进转变完成，转为所述混合动力推进的控制。

第二发明所记载的船舶推进方法的特征在于，在第一发明所记载的船舶推进方法中，

在所述混合动力推进中，包括以下工序：

当前主机输出获取工序，获取当前主机输出；

目标主机输出计算工序，基于当前的螺旋桨转速来计算目标主机输出；以及

电动机转矩控制工序，利用PID运算式来计算辅助转矩指令值并将该辅助转矩指令值指示给所述变频器，所述PID运算式使用了所述目标主机输出与所述当前主机输出之间的偏差，

在所述混合动力推进中，所述变频器继续对所述电动机进行转矩控制。

第三发明所记载的船舶推进方法的特征在于，在第一发明所记载的船舶推进方法中，

在所述电动机推进中，根据速度控制手柄位置来决定电动机目标转速，在以使电动机转速与电动机目标转速一致的方式通过反馈控制向所述变频器指示转矩指令值时，对向所述变频器输出的转矩指令值的每单位时间的变化量进行限制，使得该变化量成为不会导致所述发动机驱动型发电机发生振荡的值，由此使变频器的响应性变得迟缓来与发动机驱动型发电机的响应性相配。

第四发明所记载的船舶推进方法的特征在于，在第三发明所记载的船舶推进方法中，

利用PID运算式来计算向所述变频器输出的转矩指令值的每单位时间的变化量，由此使变频器的响应性变得迟缓来与发动机驱动型发电机的响应性相配，其中，所述PID运算式中设定了以下的PID参数：该PID参数进行限制，使得所述变频器的响应速度不会导致所述发动机驱动型发电机发生振荡。

第五发明所记载的船舶推进装置如下：

一种船舶推进装置，具备：主机，其由调速器进行控制；离合器，其能够将所述主机的驱动力传递到螺旋桨；电动机，其对所述螺旋桨进行驱动；发动机驱动型发电机，其由发动机驱动发电机来产生电力；以及变频器，其利用从所述发动机驱动型发电机供给的电力来对所述电动机进行转矩控制，所述船舶推进装置在由所述电动机进行的电动机推进与由所述主机和所述电动机进行的混合动力推进之间进行切换来对船舶进行推进，该电动机推进是在使所述离合器脱离的状态下进行的，该混合动力推进是在使所述离合器嵌合的状态下进行的，该船舶推进装置的特征在于，

具备控制器，该控制器使用以下三个条件式来判定从所述电动机推进向所述混合动力推进状态的转变是否已完成：

(a)主机输出≥螺旋桨旋转所需输出值；

(b)电动机输出<螺旋桨旋转所需输出值；

(c)(电动机转速-主机转速)的绝对值≤规定转速，

在所述条件式(a)和所述条件式(b)成立、或者所述条件式(a)和所述条件式(c)成立的情况下，判定为混合动力推进转变完成，转为所述混合动力推进的控制。

第六发明所记载的船舶推进装置的特征在于，在第五发明所记载的船舶推进装置中，

所述控制器具备：

当前主机输出获取部，其获取当前主机输出；

目标主机输出计算部，其基于当前的所述螺旋桨的转速来计算目标主机输出；

偏差计算部，其计算所述目标主机输出与所述当前主机输出之间的偏差；以及

PID调节器，其基于由所述偏差计算部计算出的偏差来计算辅助转矩指令值并将该辅助转矩指令值输出到所述变频器，

即使在所述混合动力推进中，所述变频器也继续对所述电动机进行转矩控制。

第七发明所记载的船舶推进装置的特征在于，在第五发明所记载的船舶推进装置中，

所述控制器在所述电动机推进中，根据速度控制手柄位置来决定电动机目标转速，在以使电动机转速与电动机目标转速一致的方式通过反馈控制向所述变频器指示转矩指令值时，对向所述变频器输出的转矩指令值的每单位时间的变化量进行限制，使得该变化量成为不会导致所述发动机驱动型发电机发生振荡的值，由此使变频器的响应性变得迟缓来与发动机驱动型发电机的响应性相配。

第八发明所记载的船舶推进装置的特征在于，在第七发明所记载的船舶推进装置中，

利用PID运算式来计算向所述变频器输出的转矩指令值的每单位时间的变化量，由此使变频器的响应性变得迟缓来与发动机驱动型发电机的响应性相配，其中，所述PID运算式中设定了以下的PID参数：该PID参数进行限制，使得所述变频器的响应速度不会导致所述发动机驱动型发电机发生振荡。

发明的效果

根据第一发明所记载的船舶推进方法和第五发明所记载的船舶推进装置，不需要使用表示离合器的状态的信息、例如离合器直连信号、滑动率信号、离合器输入轴转速信号等，因此不易受到离合器的按机型而不同的性能的影响，而且船舶用混合动力系统的结构变得简单，因此能够期待降低混合动力系统的成本的效果。

根据第二发明所记载的船舶推进方法和第六发明所记载的船舶推进装置，在变频器的运转中不需要将变频器控制在速度控制与转矩控制之间切换，因此能够在船舶用混合动力系统中使用廉价的通用变频器。

根据第三发明所记载的船舶推进方法和第七发明所记载的船舶推进装置，转矩指令值的每单位时间的变化量被限制，由此所述变频器的响应性在表观上“变迟缓”来与所述发动机驱动型发电机的响应性相配，从而避免发动机驱动型发电机发生振荡。由此，进行电机推进的船舶推进装置中的电动机的响应性变为与在以柴油发动机为主机的船舶推进装置中对螺旋桨进行驱动的情况下的响应性相同的程度。

根据第四发明所记载的船舶推进方法和第八发明所记载的船舶推进装置，对控制变频器的电动机推进控制部的参数进行调整，使得向电动机输出电力的变频器的响应性与发动机驱动型发电机的响应速度匹配，推进用的电动机的响应性变为与主机柴油发动机对螺旋桨进行驱动时的响应性相同的程度。因此，电动机推进控制部不需要进行基于来自发动机驱动型发电机侧的信息的控制，发动机驱动型发电机仅通过调速器控制就能够使转速稳定，能够可靠地防止发动机驱动型发电机发生振荡。

附图说明

图1是实施方式的船舶推进装置的控制框图。

图2是实施方式的船舶推进装置的控制流程图。

图3是表示在实施方式的船舶推进装置的控制中从电动机推进区域向混合动力推进区域转变时的螺旋桨轴输出比例的变化等的图。

图4A是在实施方式的船舶推进装置的控制中应用的与主机输出和螺旋桨旋转所需输出值的大小判断有关的迟滞图。

图4B是在实施方式的船舶推进装置的控制中应用的与电动机输出和螺旋桨旋转所需输出值的大小判断有关的迟滞图。

图5是实施方式的船舶推进装置的电动机推进控制部的控制框图。

图6是表示实施方式的船舶推进装置的电动机推进控制部中的偏差限制器的作用或功能的曲线图。

图7是说明在实施方式的船舶推进装置的电动机推进控制部中以使变频器的响应速度变得接近发动机驱动型发电机的响应速度的方式进行调整的PID调节器的作用或功能的曲线图。

图8A是表示实施方式的船舶推进装置的电动机推进控制部中的电动机转速的下限限制器所进行的控制的曲线图，是表示将下限限制设定为小于0的情况的图。

图8B是表示实施方式的船舶推进装置的电动机推进控制部中的电动机转速的下限限制器所进行的控制的曲线图，是表示将下限限制设定为0以上的情况的图。

图9是实施方式的船舶推进装置的电动机推进控制部中的控制流程图。

图10是表示实施方式的船舶推进装置的电动机推进控制部中的速度控制手柄的手柄位置与电动机目标转速的对应关系的表。

图11是实施方式的船舶推进装置的混合动力推进控制部的控制框图。

图12是表示在实施方式的船舶推进装置的混合动力推进控制部中为了获取目标主机输出而使用的目标主机输出与螺旋桨转速的关系的曲线图的一例。

图13是表示在实施方式的船舶推进装置的混合动力推进控制部中为了获取目标主机输出而使用的目标主机输出与螺旋桨转速的关系的两点间线性插值表的一例。

图14A是表示实施方式的船舶推进装置中的其它系统结构例的图。

图14B是表示实施方式的船舶推进装置中的其它系统结构例的图。

图15是表示在以往的船舶推进装置的控制中从电动机推进区域向混合动力推进区域转变时的螺旋桨轴输出比例的变化等的图。

具体实施方式

参照图1～图4来说明实施方式的船舶推进装置的概要结构。该船舶推进装置是如下的混合动力型的船舶推进装置：通过控制器的控制，借助变频器对电动机进行转矩控制，还通过调速器对主机进行控制，由此使螺旋桨旋转来对船舶进行推进。另外，该船舶推进装置能够根据主机的输出、电动机转速等来准确地判定船舶的推进状态，准确地切换电动机推进和混合动力推进来进行船舶的推进控制。

如图1所示，船舶推进装置1的主机2例如是柴油机，由调速器3来进行控制。调速器3被提供来自稍后详细叙述的控制器4的调速器指令值(转速指示)，将主机2的转速自主地调整为指令值。在调速器3中设置有齿条传感器5，齿条传感器5检测对燃料喷射量进行控制的齿条位置并输出到所述控制器4。在主机2的输出轴的附近设置有第一转速检测传感器6，第一转速检测传感器6检测主机转速并输出到所述控制器4。主机2的输出轴经由离合器7及减速转向机构8来与螺旋桨9连接，通过主机2的驱动，螺旋桨9进行旋转。在减速转向机构8的附近设置有第二转速检测传感器10，第二转速检测传感器10检测螺旋桨转速并输出到所述控制器4。

如图1所示，船舶推进装置1的电动机11是由变频器12来进行控制的。在变频器12上连接有来自发动机驱动型发电机EG的电力线13。发动机驱动型发电机EG由发动机EN和发电机GR构成，发动机EN是由调速器GV来进行控制的，该调速器GV具备自主地调整发动机EN的转速的功能。由AVR(Automatic Voltage Regulator：自动电压调节器)对发电机GR的励磁电压进行控制。发电机控制装置CT能够检测发电机GR所发电产生的电的电流和电压频率，基于此来控制调速器GV和AVR。

如图1所示，变频器12接收来自所述控制器4的转矩指令值，经由电力线13将来自发动机驱动型发电机EG的系统电力提供到电动机11并进行转矩控制。电动机11的输出轴经由减速转向机构8来与螺旋桨9连接，通过电动机11的驱动，螺旋桨9进行旋转。对电动机11设置有第三转速检测传感器14，第三转速检测传感器14检测电动机转速并输出到所述控制器4。

如图1所示，对电动机11进行控制的变频器12以及对主机2进行控制的调速器3是由作为共同的控制单元的控制器4来进行控制的。为了特别是在混合动力推进时对主机2和电动机11以良好的平衡来进行驱动控制，控制器4具备下面说明的结构。

如图1所示，控制器4具有外部信号处理部20。外部信号处理部20能够将从位于控制器4的外部的各种设备、传感器等输入的信号以适合于控制器4内的控制的形式在所需的时机输出。首先，在外部信号处理部20上连接有设置于船舶的运转位置的速度控制手柄15。速度控制手柄15输出与操纵者所操作并设定的手柄位置对应的信号。另外，从齿条传感器5发送的齿条位置的信号、从第一转速检测传感器6发送的主机转速、从第二转速检测传感器10发送的螺旋桨转速以及从第三转速检测传感器14发送的电动机转速也被输入到控制器4的所述外部信号处理部20。

如图1所示，外部信号处理部20与推进状态判定部30连接。推进状态判定部30基于从外部信号处理部20获取到的各种信号、信息来始终监视船舶的推进状态，判定船舶的推进状态向混合动力推进状态的转变是否已完成。在判定为向混合动力推进状态的转变未完成的情况下，作为电动机推进状态，进行电动机推进控制部的控制，在判定为向混合动力推进状态的转变已完成的情况下，进行混合动力推进控制部的控制。

参照图2来说明推进状态判定部30中的推进状态的判定。

首先，基于现状的推进状态判定部30中的推进状态的判定来判断混合动力推进转变是否未完成(S1)，在并非未完成的情况下(S1，“否”)，认为已转变为混合动力推进，判定为混合动力转变完成(S2)并结束。

在未完成的情况下(S1，“是”)，如以下那样利用步骤S3、S5来进行两个等级的判断，以判定是处于电动机推进状态且混合动力推进转变未完成、还是处于混合动力推进状态且混合动力推进转变完成。

首先，判断主机输出≥螺旋桨旋转所需输出值是否成立，在不成立的情况下(S3，“否”)，与主机输出相比螺旋桨旋转所需输出值更大，因此认为混合动力推进转变未完成，判定为混合动力推进转变未完成(S4)并结束。

在步骤S3中，螺旋桨旋转所需输出值是指在主机与离合器直连的状态下主机使螺旋桨旋转所需的最低限度的负荷。该螺旋桨旋转所需输出值根据各个船舶和波浪等环境而不同，需要通过实际的试运转来设定。如图3所示，在船舶的运转状态从电动机推进区域且混合动力转变未完成向混合动力区域且混合动力转变完成逐渐转变时，变为由主机承担螺旋桨的旋转输出(负荷)，相反地，电动机的输出逐渐相对变小。在后述的数值例中，例示了250kw，但是通常设定在该值的±20％左右的范围内的情况多。

在步骤S3的判定中主机输出≥螺旋桨旋转所需输出值成立的情况下(S3，“是”)，进行步骤S5的判定。即，判断(电动机转速-主机转速)的绝对值≤规定转速、或电动机输出<螺旋桨旋转所需输出值是否成立，在不成立的情况下(S5，“否”)，意味着在主机与电动机之间存在转速差或输出差，离合器发生滑动，因此判定为混合动力推进转变未完成(S4)并结束。

在步骤S5中，电动机转速与主机转速的转速差通常被适当设定在0rpm～50rpm的范围内，将该设定的值作为规定转速来进行利用上述式子的判定。

在S5的判定中(电动机转速-主机转速)的绝对值≤设定转速、和电动机输出<螺旋桨旋转所需输出值中的任一个成立的情况下(S5，“是”)，意味着在主机与电动机之间转速差或输出差不存在或很小，而且处于电动机输出小的状态，离合器嵌合，因此判定为混合动力推进转变完成(S6)并结束。

此外，在参照图2说明的推进状态的判定中，在步骤S3和步骤S5中，分别按照图4A和图4B所示的迟滞图来判定条件的成立(Y)或不成立(N)。

即，在步骤S3的与主机输出有关的判定中，如图4A所示，螺旋桨旋转所需输出值LOW的设定值被设定为相对于螺旋桨旋转所需输出值而言小50KW左右的值，在条件不成立而向N转变的情况下，将螺旋桨旋转所需输出值LOW作为判断条件，在条件成立而向Y转变的情况下，将稍大的螺旋桨旋转所需输出值作为判断条件。

另外，在步骤S5的与电动机输出有关的判定中，如图4B所示，在条件成立而向Y转变的情况下，将螺旋桨旋转所需输出值LOW作为判断条件，在条件不成立而向N转变的情况下，将稍大的螺旋桨旋转所需输出值作为判断条件。

换言之，将所述规定输出值区分为高规定输出值和低规定输出值，在所述主机输出为所述高规定输出值以上且电动机输出变为所述低规定输出值以下时，判断为所述离合器已嵌合，转为所述混合动力推进的控制。

由此，始终在安全侧进行判断，并且防止了系统的振荡(hunting)。

如以上所说明的那样，推进状态判定部30在判定为向混合动力推进状态的转变未完成的情况下，根据其判定信号来选择电动机推进控制部并进行电动机推进控制部的控制，在判定为向混合动力推进状态的转变已完成的情况下，根据其判定信号来选择混合动力推进控制部并进行混合动力推进控制部的控制。

接着，参照图5～图10来说明电动机推进控制部的结构以及由其进行的控制。

如图5所示，电动机推进控制部50具有速度计算部53。在速度计算部53上，如图1所示那样经由外部信号处理部20而连接有速度控制手柄15。速度控制手柄15输出与操纵者所操作并设定的位置对应的信号，速度计算部53基于该信号来计算电动机目标转速。

如图5所示，速度计算部53与速度限制器54连接。速度限制器54将速度计算部53所计算出的电动机目标转速与设定常数α相加来计算速度限制器指令并将该速度限制器指令提供到变频器12。该设定常数α被设定成：即使对将速度控制手柄15设为最大时的最大电动机目标转速加上该设定常数α，也小于电动机11的容许最高转速。即，处于

(电动机11的容许最高转速-最大电动机目标转速)>设定常数α

的关系。由此，变频器12无法超过速度限制器指令地驱动电动机11，能够防止电动机11的超速旋转。

如图5所示，速度计算部53与偏差计算部55连接。从速度计算部53向偏差计算部55输入电动机目标转速。该偏差计算部55还与外部信号处理部20连接，被输入当前的电动机转速。偏差计算部55计算电动机目标转速与电动机转速之间的偏差。

如图5所示，偏差计算部55与偏差限制器56连接。从偏差计算部55向偏差限制器56输入所述偏差。偏差限制器56按照下述(式1)以使所述偏差处于+侧和-侧的各偏差限制值的范围内的方式对所述偏差进行限制后输出，以避免电动机输出的瞬间性的变动量变大。将利用(式1)限制后输出的偏差特别地表示为偏差E(n)。

下限偏差限制值≤E(n)(偏差)≤上限偏差限制值…(式1)

即，在图6中，横轴表示电动机目标转速与现实的电动机转速之差即所述偏差，纵轴表示实际从偏差限制器56输出的偏差E(n)。在横轴的所述偏差在0的前后比较小的范围内时，该偏差直接作为纵轴的偏差E(n)输出，但是当超过了±的某个范围时，该偏差被限制为纵轴所示的限制值、即下限偏差限制值和上限偏差限制值后作为偏差E(n)输出。

如图5所示，偏差限制器56与PID调节器57连接。PID调节器57被设定PID参数值，该PID参数值实现不会导致发动机驱动型发电机EG发生振荡的变频器12的响应速度，即，该PID参数值是与发动机驱动型发电机EG的响应速度匹配的参数值，PID调节器57计算并输出转矩指令值，使得限制后的所述偏差E(n)变得更小。

如图7所示，对电动机11进行驱动的变频器12的响应速度(实线)大于发动机驱动型发电机EG的响应速度(虚线)。即，当以响应特性进行比较时，就输出相对于时间的上升而言，变频器12上升得比发动机驱动型发电机EG早且陡。因此，PID调节器57在针对变频器12的转矩指令的PID控制中通过对PID参数进行调整来使变频器12的响应速度成为发动机驱动型发电机EG的响应速度以下(点划线)，使输出到电动机11的电力的响应性与发动机驱动型发电机EG的响应速度匹配。即，基于当前的所述电动机的转速与作为目标的转速之间的偏差E(n)，通过对PID参数进行了调整的PID调节器57，向变频器12输出转矩指令值的每单位时间的变化量为不会引起发动机驱动型发电机EG的振荡的值的转矩指令值。

其结果，转矩指令值的每单位时间的变化量被限制，由此所述变频器的响应性在表观上“变迟缓”来与所述发动机驱动型发电机的响应性相配，从而避免发动机驱动型发电机发生振荡。由此，进行电机推进的船舶推进装置1中的电动机11的响应性变为与在以柴油发动机为主机的船舶推进装置中对螺旋桨进行驱动的情况下的响应性相同的程度。

更具体地说，基于由偏差限制器56计算并限制的所述偏差E(n)，按照下述(式2)或(式3)来计算转矩指令值。这是软件数字运算处理中的PID运算式的代表例。

速度型PID运算式的情况

转矩指令运算值＝Kp×{(E(n)-E(n-1))+Δt/Tl×E(n)

+Td/Δt(E(n)-2E(n-1)+E(n-2))}

转矩指令值(n)＝转矩指令值(n-1)+转矩指令运算值…(式2)

位置型PID运算式的情况

转矩指令运算值＝Kp×{(E(n)+Δt/Tl×ΣEi

+Td/Δt(E(n)-E(n-1))}…(式3)

在上述各式中，

Kp：比例增益(P)Tl：积分时间(I)Td：微分时间(D)Δt：运算周期

E(n)：基于(式1)计算并限制的值(偏差)

所述运算周期Δt相当于前述的“输出到变频器12的转矩指令值的每单位时间的变化量”中的“单位时间”。通常该运算周期为1msec～几秒、优选为10msec～500msec。所述“变化量”被算入作为PID参数的比例增益(P)Kp、积分时间(I)Tl、微分时间(D)Td，从PID调节器输出以下的转矩指令值：转矩指令值的每单位时间的变化量为不会引起发动机驱动型发电机EG的振荡的值。

即，在PID调节器57中，事先对PID参数进行调整，使得在负荷施加于电动机11时发动机驱动型发电机的转速不发生振荡。与发动机驱动型发电机EG的特性及变频器12的特性相配地决定该PID参数的值。该调整是在本船舶推进装置1的试运转等运转当初进行的，只要设定一次就不再需要以后的调整。

下面，按各成分来说明PID参数的调整。

P参数调整

在电动机11的负荷急剧增加时发动机驱动型发电机EG的转速瞬间性地大幅下降的情况下、或者在电动机11的负荷急剧下降时发动机驱动型发电机EG的转速瞬间性地大幅变化的情况下，将P参数调整为小于现状值的值。此外，P参数调整对I、D参数调整造成影响，因此在调整了P参数的情况下，根据需要来进行I、D参数的重新调整。

I参数调整

在电动机11的负荷变动小时发动机驱动型发电机EG的转速发生振荡时，将I参数调整为小于现状值的值。此外，I参数调整对P、D参数调整造成影响，因此在调整了I参数的情况下，根据需要来进行P、D参数的重新调整。

D参数调整

在电动机11的负荷急剧变化时发动机驱动型发电机EG的转速暂时性地过冲或下冲的情况下，将D参数调整为小于现状值的值。此外，D参数调整对P、I参数调整造成影响，因此在调整了D参数的情况下，根据需要来进行P、I参数的重新调整。

在暂且调整了P、I、D的参数后，使速度控制手柄15动作来提高电动机11(螺旋桨10)的转速，由此提高发电机GR的负荷。随之观察调速器GV进行自动调节使得发动机EN的输出提高的情形，确认发动机驱动型发电机EG是否发生振荡。如果似乎要发生振荡，则按照所述方针来重新调整P、I、D参数，如果确认了未发生振荡，则P、I、D参数的调整结束。通常，如果是本领域技术人员则能够在3小时～6小时内结束P、I、D参数的调整。

如图5所示，PID调节器57与下限限制器58连接。由PID调节器57计算出的所述转矩指令被输入到下限限制器58。下限限制器58按照下述(式4)对由PID调节器57计算出的所述转矩指令进行限制后输出到变频器12，以避免电动机输出的瞬间性的变动量变大。

下限限制值≤转矩指令值…(式4)

如图8A和图8B所示，能够通过改变下限限制值的设定来任意地限制电动机再生电力量。

图8A表示使下限限制值小于0的情况下的转速和电动机11的工作状态的变化。当使下限限制值小于0时，能够将电动机再生电力量设定为存在。如对电动机输出(点划线)标注细线椭圆来示出的那样，产生电动机再生电力从而回收了能量，因此，与此相应地电动机转速(虚线)与后述的图8B相比下降。

图8B表示使下限限制值为0以上的情况下的转速和电动机11的工作状态的变化。当使下限限制值为0以上时，能够将电动机再生电力量设定为不存在。电动机输出(点划线)是动力运行或0，因此不对船舶的行进施加制动，与此相应地电动机转速(虚线)与前述的图8A相比下降得慢。

根据图1和图5可知，下限限制器58与变频器12连接，在下限限制器58中被施加了下限限制的转矩指令被提供到变频器12。

接着，参照图9来说明船舶推进装置1中的控制过程、特别是控制器4的电动机推进控制部50中的控制过程。在该图中，Y为“是”的含义，N为“否”的含义。

在控制动作开始后(开始)，当船舶的船员等对速度控制手柄15进行操作来设定为某个位置时，与该位置对应的信号被发送到电动机推进控制部50的速度计算部53，速度计算部53基于该信号来计算对应的电动机目标转速(S11)。

速度计算部53将电动机目标转速输出到速度限制器54。速度限制器54将该电动机目标转速与设定常数α相加来计算速度限制器指令(S12)，并输出到变频器12。由此，变频器12无法超过速度限制器指令地驱动电动机11，能够防止电动机11的超速旋转。

速度计算部53将电动机目标转速输出到偏差计算部55。另一方面，变频器12将电动机转速的信号输出到偏差计算部55。偏差计算部55计算电动机目标转速与电动机转速之间的偏差(S13)。

偏差计算部55将所述偏差输出到偏差限制器56。偏差限制器56按照所述(式1)以使所述偏差成为+侧和-侧的各偏差限制值以下的方式对所述偏差进行限制，以避免电动机输出的瞬间性的变动量超出规定的范围地变大(S14)。

即，在偏差为下限偏差限制值与上限偏差限制值之间的值的情况下(S14，Y)，将电动机目标转速与电动机转速之间的实际的偏差作为计算出的偏差E(n)来输出(S5)。

在偏差不是下限偏差限制值与上限偏差限制值之间的值(S14，N)、且偏差超过0的情况下(S16，Y)，将上限偏差限制值作为计算出的偏差E(n)来输出(S17)。

在偏差不是下限偏差限制值与上限偏差限制值之间的值(S14，N)、且偏差不超过0的情况下(S16，N)，将下限偏差限制值作为计算出的偏差E(n)来输出(S18)。

偏差限制器56将如以上那样计算出的偏差E(n)输出到PID调节器57。PID调节器57基于由偏差限制器56计算出的所述偏差E(n)，按照所述(式2)或(式3)来计算转矩指令运算值(S19)。

在此，PID调节器57被设定了与发动机驱动型发电机EG的响应速度匹配的参数值，能够对输出到变频器12的转矩指令值的每单位时间的变化量进行限制，以使变频器12的响应速度接近发动机驱动型发电机EG的响应速度的状态、更具体地说以使变频器12的响应速度稍小于发动机驱动型发电机EG的响应速度的状态进行控制，能够计算并输出使输出到电动机11的电力的响应性与发动机驱动型发电机EG的响应速度匹配那样的转矩指令运算值。因而，变频器12输出到电动机11的电力不会极端地变动，发动机驱动型发电机EG的转速和频率变得稳定。

另外，在本实施方式中，适当地设定PID调节器57的PID参数来对输出到变频器12的转矩指令值的每单位时间的变化量进行限制，得到防止发动机驱动型发电机EG的振荡的一定的效果，并且，还如前所述那样利用偏差限制器56使偏差处于规定的范围，因此能够避免在所述偏差大的情况下可预想的电动机电力的极端的变化，能够得到使发动机驱动型发电机EG的转速和频率进一步稳定化的协同效果。

另外，通过利用所述偏差限制器56将偏差限制于规定的值的范围内，即使取代前述的设定了特定的PID参数值的PID调节器57、而利用通常的变换器(例如，比例器)来基于该限制后的偏差运算转矩指令值，其输入值也会被充分限制，因此能够限制输出到变频器12的转矩指令值的每单位时间的变化量。

因而，作为对输出到变频器12的转矩指令值的每单位时间的变化量进行限制的部件，也可以单独地使用偏差限制器56或单独地使用PID调节器57，但是优选的是如前所述那样将偏差限制器56和PID调节器57一并使用。

在该情况下，与不存在偏差限制器56的情况相比，在不会导致发动机驱动型发电机EG发生振荡的PID参数值的调整中不需要进行使变频器12的响应性“严格地变迟缓”的设定，也可以更缓和。即，即使不像不存在偏差限制器56的情况那样使变频器12的响应速度接近发动机驱动型发电机EG的响应速度，也能够得到使发动机驱动型发电机EG的转速和频率稳定化所需的效果。

PID调节器57将转矩指令运算值输出到下限限制器58。下限限制器58基于由PID调节器57计算出的转矩指令运算值，按照所述(式4)来计算转矩指令值(S20)。

即，在转矩指令运算值为下限限制值以上的情况下(S20，Y)，将转矩指令运算值作为转矩指令值(S21)。另外，在转矩指令运算值小于下限限制值的情况下(S20，N)，将下限限制值作为转矩指令值(S22)。能够通过改变(式4)的下限限制值的设定来任意地限制电动机再生电力量。

下限限制器58将计算出的转矩指令值输出到变频器12，结束控制动作(结束)。

如以上所说明的那样，根据电动机推进控制部的控制，变频器12输出到电动机11的电力的变动量为发电机GR所能够响应的变动量。也就是说，对控制变频器12的电动机推进控制部50的参数进行调整，使得向电动机11输出电力的变频器12的响应性与发动机驱动型发电机EG的响应速度匹配，推进用的电动机11的响应性变为与主机柴油发动机2对螺旋桨10进行驱动时的响应性相同的程度。因此，电动机推进控制部50不需要进行基于来自发动机驱动型发电机EG侧的信息的控制，发动机驱动型发电机EG仅通过调速器控制就能够使转速稳定，能够可靠地防止发动机驱动型发电机EG发生振荡。

并且，在PID调节器57中的上述控制之前，在偏差限制器56中进行控制使得电动机目标转速与电动机转速之间的所述偏差为规定的值以下，因此能够避免在所述偏差大的情况下可预想的电动机11的电力的极端的变化，还能够得到使发动机驱动型发电机EG的转速和频率稳定化的进一步的协同效果。

关于以上说明的电动机推进控制部中的PID参数的调整，列举更详细的具体例来进行说明。

PID参数的值根据各设备的输出、特性等而发生变动。在该例子中，如以下那样设定各设备的规格。

电动机11的容量：295KW

变频器12的容量：315KW

发动机驱动型发电机EG的容量：400KW

另外，根据图10所示的两点间线性插值表来决定电动机目标转速。设速度限制器54计算并输出速度限制器指令所需的设定常数α为+150min^-1。即，将电动机目标转速与150min^-1相加来设为速度限制器指令。

根据以上的设定，PID参数(速度型)如以下那样。

在偏差限制器56中的下限限制值和上限限制值的范围被调整为100min^-1时，

P为4.000，I为1.350，D为0.055。

在偏差限制器56中的下限限制值和上限限制值的范围被调整为750min^-1时，

P为2.000，I为0.900，D为0.000。

接着，参照图11～图13来说明混合动力推进控制部40的结构以及由其进行的控制。

如图11所示，混合动力推进控制部40具有调速器指令值计算部41。调速器指令值计算部41基于从外部信号处理部20发送的信号来计算调速器指令值(转速指示)并指示给调速器3。

如图11所示，混合动力推进控制部40具有作为当前主机输出获取部的当前主机输出计算部42。当前主机输出计算部42基于从外部信号处理部20输入的主机转速和齿条位置来计算当前主机输出作为估计值。

此外，也可以是，对主机2设置轴马力计来作为当前主机输出获取部，将轴马力计所检测出的主机输出的实测值输出到控制器4的外部信号处理部20。在该情况下，不需要当前主机输出计算部42，只要将从外部信号处理部20输出的主机输出的实测值提供到后述的偏差计算部44即可。

如图11所示，混合动力推进控制部40具有目标主机输出计算部43。目标主机输出计算部43与外部信号处理部20连接。目标主机输出计算部43预先具备表示目标主机输出与螺旋桨转速的关系的控制用数据，基于该控制用数据以及从外部信号处理部20输入的螺旋桨转速来计算目标主机输出。

所述控制用数据例如如图12所示那样被提供为表示目标主机输出(纵轴、单位[kW])与螺旋桨转速(横轴、单位[min^-1])的关系的曲线图。该曲线图是被称为所谓的“螺旋桨性能曲线”、“螺旋桨负荷曲线”、“螺旋桨特性曲线”、“船舶用特性曲线”、“船舶用立方特性”等的曲线图。

目标主机输出计算部43将从外部信号处理部20输入的螺旋桨转速应用于图12所示的控制用数据，来计算对应的目标主机输出。

参照图12来更具体地说明上述计算的过程的一例，例如，在该图12的曲线图中，关于所输入的螺旋桨转速为450[min^-1]时的目标主机输出，

由于螺旋桨转速为400～500[min^-1]时的直线的斜率为2.5，因此该目标主机输出为

2.5×(450[min^-1]-400[min^-1])+500[kW]＝625[kW]。

只要主机2的额定状态的轴马力Ne和转速n已知，一般能够利用表示螺旋桨的立方定律的式子Ne/n³＝K(比例常数)来得到如图12所例示的螺旋桨特性曲线。按螺旋桨或者按螺旋桨与主机的组合来决定该螺旋桨特性曲线。然而，实际上，基于主机的陆地上试运转中的负荷试验的数据以及海上试运转的数据来制作该曲线的情况多。

而且，如图12所例示的那样的螺旋桨特性曲线不限于相对于如上所述那样制作出的曲线而言始终固定不变，如接下来例示的那样，实际上估计余量(余裕量)来运用的情况多。

新造船时：旋转余量+4％曲线

理想的航运中：旋转余量+2％曲线

重转矩(torque rich)上限工作线：旋转余量-4％曲线

如上所述，存在以下情况：由于船体开始使用后产生的船体的损伤和脏污、螺旋桨损伤等经年变化而使用余量(余裕量)不同的曲线。并且，在图12所示的曲线图的纵轴、横轴的网格中，根据相邻的两点间的线性插值来计算所绘制的目标主机输出的各点的值，因此也能够使用1条向右上方上升的直线来取代整个曲线图。

因而，关于本实施方式中的表示目标主机输出与螺旋桨转速的关系的控制用数据，设为不拘于曲线图、数值、表之类的类别的差异，而且不拘于各类别内的表现形式等的差异，最广义地进行解释。例如，示出目标主机输出和螺旋桨转速的图12所示的曲线图也能够表示为如图13所示的数据表或表形式的数据。

如图11所示，在当前主机输出计算部42和目标主机输出计算部43的输出侧连接有偏差计算部44。偏差计算部44计算从当前主机输出计算部42和目标主机输出计算部43分别输入的当前主机输出与目标主机输出之间的偏差，并将该偏差输出到后级的PID调节器45。

如图11所示，PID调节器45利用PID运算式来计算辅助转矩指令值，该PID运算式使用了偏差计算部44所输出的所述偏差。

更具体地说，基于由偏差计算部44计算出的所述偏差，按照下述(式5)或(式6)所示的PID运算式来计算转矩指令值。这些式子是软件数字运算处理中的PID运算式的代表例。

速度型PID运算式的情况

转矩指令运算值＝Kp×{(E(n)-E(n-1))+Δt/Tl×E(n)

+Td/Δt(E(n)-2E(n-1)+E(n-2))}

转矩指令值(n)＝转矩指令值(n-1)+转矩指令运算值…(式5)

位置型PID运算式的情况

转矩指令运算值＝Kp×{E(n)+Δt/Tl×ΣEi

+Td/Δt(E(n)-E(n-1))}…(式6)

在上述各式中，

Kp：比例增益(P)，Tl：积分时间(I)，Td：微分时间(D)，Δt：运算周期，E(n)：当前主机输出-目标主机输出＝偏差。

下面，按各成分来说明PID参数的调整。

P参数调整

在目标主机输出与当前主机输出之间的偏差大、且当前主机输出达到目标主机输出的速度慢、也就是说电动机11的辅助速度慢的情况下，将P参数调整为大于现状值的值。相反地，在达到速度快的情况下，将P参数调整为小于现状值的值。能够根据用户的要求或船舶推进装置1的结构来自由地调整当前主机输出达到目标主机输出的速度。此外，P参数调整对I和D参数的调整造成影响，因此进行I、D参数的重新调整。

I参数调整

当在当前主机输出达到目标主机输出时电动机11的输出不稳定(振荡)时，将I参数调整为小于现状值的值。相反地，在电动机11的响应迟缓的情况下，将I参数调整为大于现状值的值。此外，I参数调整对P和D参数的调整造成影响，因此进行P、D参数的重新调整。

D参数调整

在电动机11过冲或下冲的情况下，将D参数调整为小于现状值的值。此外，D参数调整对P和I参数的调整造成影响，因此进行P、I参数的重新调整。

在暂且调整了P、I、D参数之后，实际使电动机11工作来观察电动机11的动作，如果是理想的工作状态、响应性，则P、I、D参数调整结束。在不是理想的工作状态的情况下，再次按照上述方针来调整P、I、D参数。

在此，提及发明出通过使用调速器3的柴油机等主机2以及电动机11来进行混合动力推进的本发明的系统的背景。在汽车的混合动力系统中，控制器利用电子控制来控制喷射器的ON/OFF时间以调整燃料喷射量，从而对主机输出进行控制，但是与此不同地在由柴油机和电动机构成的船舶用混合动力系统中，以往由调速器从控制器获取主机转速，基于主机转速来计算控制量从而对主机的输出进行控制。也就是说，主机的输出不是利用来自控制器的指令值来直接控制的，而是由调速器以使供给的燃料增减的方式进行控制，使得与当前主机负荷对应的主机转速固定。即，控制器无法直接控制主机的输出，关于对主机进行辅助的电动机的辅助量的计算，基于目标主机输出与当前主机输出之差来计算电动机的辅助转矩指令值从而对电动机进行转矩控制，而这在PID控制中相当于P控制。这样，在以往的舶用混合动力系统的控制中，处于不存在I、D控制的状态，因此在当前主机输出达到了目标主机输出的情况下无法精细地进行电动机的辅助转矩指令值的控制，无法进行电动机的精妙的控制。与此相对，在本实施方式中进行PID控制，因此电动机11顺畅地进行辅助工作，因此响应性好，能够进行平滑的运转。

如图11所示，在PID调节器45的输出侧连接有下限限制器46。由PID调节器45计算出的所述转矩指令被输入到下限限制器46。下限限制器46根据需要按照下述(式7)对由PID调节器45计算出的所述转矩指令进行限制后输出到变频器12，以避免电动机输出的瞬间性的变动量变大。

下限限制参数α≤转矩指令值…(式7)

能够通过改变下限限制器46中的下限限制参数α的设定来任意地限制电动机再生电力量。即，当将下限限制参数α设为小于0时，能够将电动机再生电力量设定为存在。在该情况下，产生电动机再生电力从而回收了能量，因此，与此相应地电动机转速下降。

当将下限限制参数α设为0以上时，能够将电动机再生电力量设定为不存在。电动机输出是动力运行或0，因此不对船舶的行进施加制动，与此相应地电动机转速下降得慢。

根据图1和图11可知，下限限制器46的输出侧与变频器12连接，在下限限制器46中根据需要被施加了下限限制的辅助用的转矩指令被提供到变频器12。

接着，参照图11，按各控制工序来说明船舶推进装置1中的控制过程、特别是控制器4的混合动力推进控制部40中的控制过程。

1.在开始控制动作之后，当船舶的船员等对速度控制手柄15进行操作来设定为某个位置时，表示手柄位置的信号被发送到控制器4的外部信号处理部20，外部信号处理部20将手柄位置的信号进行处理后发送到调速器指令值计算部41。调速器指令值计算部41基于从外部信号处理部20发送的信号来计算调速器指令值(转速指示)并指示给调速器3。调速器3基于调速器指令值(转速指示)来进行主机2的控制。

从齿条传感器5发送的齿条位置的信号、从第一转速检测传感器6发送的主机转速、从第二转速检测传感器10发送的螺旋桨转速以及从第三转速检测传感器14发送的电动机转速分别被输入到控制器4的外部信号处理部20，均在外部信号处理部20中处理后被发送到控制器4中的后级的各功能块，供用于控制的运算等。

2.当前主机输出获取工序

在外部信号处理部20中被处理后的主机转速和齿条位置的各信号被输入到当前主机输出计算部42。当前主机输出计算部42基于这些各信号来运算主机输出作为估计值。如前所述，也可以是，对主机2设置轴马力计来作为当前主机输出获取部，将轴马力计所检测出的主机输出的实测值输出到控制器4的外部信号处理部20。在该情况下，不需要当前主机输出计算部42，将从外部信号处理部20输出的已处理的主机输出的实测值提供到后述的偏差计算部44。

3.目标主机输出计算工序

在外部信号处理部20中被处理后的当前的螺旋桨转速被输入到目标主机输出计算部43。目标主机输出计算部43预先具备表示目标主机输出与螺旋桨转速的关系的所述控制用数据(在图12中有例示)，基于该控制用数据和螺旋桨转速来计算目标主机输出。

4.电动机转矩控制工序

偏差计算部44计算由当前主机输出计算部42输出的当前主机输出与由目标主机输出计算部43计算出的目标主机输出之间的偏差。然后，PID调节器45基于该偏差以及PID运算式(所述式5、式6)来计算电动机11的辅助转矩指令。在该情况下，与当前主机输出与目标主机输出的大小关系相对应地，电动机11的状态被分为电动机动力运行或电动机再生，因此分别如下那样进行控制。

(1)当前主机输出>目标主机输出的情况

在该情况下，处于在图12所例示的“螺旋桨性能曲线”的某一转速下在比该曲线图靠上的位置绘制当前主机输出的状态，处于船舶逆风航行、电动机11产生出动力的状态(电动机动力运行)，进行如以下那样的控制。

1)PID调节器45如下式那样利用PID运算来计算转矩指令。

转矩指令(n)＝转矩指令(n-1)+PID运算值

将该转矩指令(n)指示给变频器12。转矩指令增大。

2)其结果，电动机输出增大，利用轴来与电动机11直连的主机2的转速增大。

3)调速器3想要维持主机2的转速，因此减少供给到主机2的燃料，主机输出下降。

4)主机输出与目标主机输出之间的偏差变小。

5)在主机输出与目标主机输出之间的偏差大于0时，返回到1)来继续进行控制。在主机输出与目标主机输出之间的偏差为0时，当前主机输出与目标主机输出一致，调速器3对主机2的控制和变频器12对电动机11的控制维持当前时间点的状态。

(2)当前主机输出<目标主机输出的情况

在该情况下，处于在图12所例示的“螺旋桨性能曲线”的某一转速下在比该曲线图靠下的位置绘制当前主机输出的状态，处于船舶顺潮航行、电动机11发电的状态(电动机再生)，进行如以下那样的控制。

1)PID调节器45如下式那样利用PID运算来计算转矩指令，下限限制器46利用下限限制参数α来设定下限。

转矩指令(n)＝转矩指令(n-1)-PID运算值≥下限限制参数α

将该转矩指令(n)指示给变频器12。转矩指令减小。

在下限限制参数α≥0时，将转矩指令值(n)限制为0以上，因此电动机11不产生再生电力。

另一方面，在下限限制参数α<0时，也存在转矩指令值(n)变为小于0的情况，在转矩指令值(n)变为小于0时，从电动机11产生再生电力。

这样，在转矩指令为下限限制参数α以上的情况下，将转矩指令运算值作为转矩指令值，在转矩指令运算值小于下限限制参数α的情况下，将下限限制参数α作为转矩指令值，因此能够通过改变下限限制参数α的设定来任意地限制电动机再生电力量。

2)其结果，电动机输出减小，因此利用轴来与电动机11直连的主机2的转速下降。

3)调速器3想要维持主机2的转速，因此增加向主机2供给的燃料，主机输出增大。

4)主机输出与目标主机输出之间的偏差变小。

5)在主机输出与目标主机输出之间的偏差小于0时，返回到1)来继续进行控制。在主机输出与目标主机输出之间的偏差为0时，当前主机输出与目标主机输出一致，调速器3对主机2的控制和变频器12对电动机11的控制维持当前时间点的状态。

如以上所说明的那样，根据混合动力推进控制部40的控制，在使用调速器3的柴油机的混合动力系统中，能够通过利用如图12所例示的“螺旋桨特性曲线”、如图13所例示的“两点间线性插值表”，来优化利用电动机11进行主机2的辅助时的主机输出与电动机辅助量的分配。

另外，在将下限限制参数α设定为0以上时，转矩指令值(n)被限制为0以上，因此能够进行不产生电动机再生电力的设定。因而，不需要用于将再生电力变为热来放出的电阻装置或蓄电池。另一方面，在将下限限制参数α设定为小于0时，有时转矩指令值(n)变为小于0。在转矩指令值(n)小于0时，产生电动机再生电力，因此能够使所产生的电力充入到蓄电池。也就是说，通过设定下限限制参数α，能够与混合动力装置的实际的系统结构(是否存在蓄电池，是否存在制动电阻器)相配。

另外，通过调整PID运算参数，能够使电动机11的响应性变慢，因此能够使电动机再生电力的产生电力逐渐增大而不是急剧地增大。即，在能够将电动机再生电力充入到电池的混合动力系统的情况下，能够调整电动机再生电力的产生量以适合于电池可充电力。

关于以上说明的混合动力推进控制部40中的PID参数的调整，列举更详细的具体例来进行说明。

PID参数的值根据各设备的输出、特性等而发生变动。在该例子中，如以下那样设定各设备的规格。

电动机11的容量：295KW

变频器12的容量：315KW

发动机驱动型发电机的容量：400KW

另外，根据图12所示的“螺旋桨性能曲线”的数据或图13所示的两点间线性插值表来决定目标主机输出。

PID运算参数(速度型)如以下那样。

P为1.300，I为0.500，D为0.000。

此外，在以上的实施方式中，说明了以下的混合动力推进的船舶推进装置1：如图1所示，主机2与螺旋桨9经由离合器7及转向机构8来连接，与主机2的主轴同轴的电动机11的主轴经由转向机构8来与螺旋桨9直连。然而，能够应用本发明的混合动力推进的船舶推进装置不限定于此。例如，也能够将本发明应用于以下的混合动力推进的船舶推进装置：如图14A所示，在图1的构造中的电动机与转向机构之间也设置有离合器。另外，也能够将本发明应用于以下的混合动力推进的船舶推进装置：如图14B所示，将主机的主轴与电动机的输出轴平行地配置，在电动机及电动机的离合器与转向机构之间配置有主机/电动机动力连结齿轮。

另外，作为在以上的实施方式中使用的离合器，能够使用ON/OFF离合器、滑动离合器中的任一个。

附图标记说明

1：船舶推进装置；2：主机；3：调速器；4：控制器；7：离合器；9：螺旋桨；11：电动机；12：变频器；15：速度控制手柄；20：外部信号处理部；30：推进状态判定部；40：混合动力推进控制部；41：调速器指令值计算部；42：当前主机输出计算部；43：目标主机输出计算部；44：偏差计算部；45：PID调节器；46：下限限制器；50：电动机推进控制部；53：速度计算部；54：速度限制器；55：偏差计算部；56：偏差限制器；57：PID调节器；58：下限限制器；EG：发动机驱动型发电机；EN：发动机；GR：发电机；GV：调速器。

Claims (8)

1.一种船舶推进方法，具备：主机，其由调速器进行控制；离合器，其能够将所述主机的驱动力传递到螺旋桨；电动机，其对所述螺旋桨进行驱动；发动机驱动型发电机，其由发动机驱动发电机来产生电力；以及变频器，其利用从所述发动机驱动型发电机供给的电力来对所述电动机进行转矩控制，在所述船舶推进方法中，在由所述电动机进行的电动机推进与由所述主机和所述电动机进行的混合动力推进之间进行切换来对船舶进行推进，该电动机推进是在使所述离合器脱离的状态下进行的，该混合动力推进是在使所述离合器嵌合的状态下进行的，所述船舶推进方法的特征在于，

使用以下三个条件式来判定从所述电动机推进向所述混合动力推进状态的转变是否已完成：

(a)主机输出≥螺旋桨旋转所需输出值；

(b)电动机输出<螺旋桨旋转所需输出值；

(c)(电动机转速-主机转速)的绝对值≤规定转速，

在所述条件式(a)和所述条件式(b)成立、或者所述条件式(a)和所述条件式(c)成立的情况下，判定为混合动力推进转变完成，转为所述混合动力推进的控制。

2.根据权利要求1所述的船舶推进方法，其特征在于，

在所述混合动力推进中，包括以下工序：

当前主机输出获取工序，获取当前主机输出；

目标主机输出计算工序，基于当前的螺旋桨转速来计算目标主机输出；以及

电动机转矩控制工序，利用PID运算式来计算辅助转矩指令值并将该辅助转矩指令值指示给所述变频器，所述PID运算式使用了所述目标主机输出与所述当前主机输出之间的偏差，

在所述混合动力推进中，所述变频器继续对所述电动机进行转矩控制。

3.根据权利要求1所述的船舶推进方法，其特征在于，

在所述电动机推进中，根据速度控制手柄位置来决定电动机目标转速，在以使电动机转速与电动机目标转速一致的方式通过反馈控制向所述变频器指示转矩指令值时，对向所述变频器输出的转矩指令值的每单位时间的变化量进行限制，使得该变化量成为不会导致所述发动机驱动型发电机发生振荡的值，由此使变频器的响应性变得迟缓来与发动机驱动型发电机的响应性相配。

4.根据权利要求3所述的船舶推进方法，其特征在于，

利用PID运算式来计算向所述变频器输出的转矩指令值的每单位时间的变化量，由此使变频器的响应性变得迟缓来与发动机驱动型发电机的响应性相配，其中，所述PID运算式中设定了以下的PID参数：该PID参数进行限制，使得所述变频器的响应速度不会导致所述发动机驱动型发电机发生振荡。

5.一种船舶推进装置，具备：主机，其由调速器进行控制；离合器，其能够将所述主机的驱动力传递到螺旋桨；电动机，其对所述螺旋桨进行驱动；发动机驱动型发电机，其由发动机驱动发电机来产生电力；以及变频器，其利用从所述发动机驱动型发电机供给的电力来对所述电动机进行转矩控制，所述船舶推进装置在由所述电动机进行的电动机推进与由所述主机和所述电动机进行的混合动力推进之间进行切换来对船舶进行推进，该电动机推进是在使所述离合器脱离的状态下进行的，该混合动力推进是在使所述离合器嵌合的状态下进行的，所述船舶推进装置的特征在于，

具备控制器，该控制器使用以下三个条件式来判定从所述电动机推进向所述混合动力推进状态的转变是否已完成：

(a)主机输出≥螺旋桨旋转所需输出值；

(b)电动机输出<螺旋桨旋转所需输出值；

(c)(电动机转速-主机转速)的绝对值≤规定转速，

在所述条件式(a)和所述条件式(b)成立、或者所述条件式(a)和所述条件式(c)成立的情况下，判定为混合动力推进转变完成，转为所述混合动力推进的控制。

6.根据权利要求5所述的船舶推进装置，其特征在于，

所述控制器具备：

当前主机输出获取部，其获取当前主机输出；

目标主机输出计算部，其基于当前的所述螺旋桨的转速来计算目标主机输出；

偏差计算部，其计算所述目标主机输出与所述当前主机输出之间的偏差；以及

PID调节器，其基于由所述偏差计算部计算出的偏差来计算辅助转矩指令值并将该辅助转矩指令值输出到所述变频器，

即使在所述混合动力推进中，所述变频器也继续对所述电动机进行转矩控制。

7.根据权利要求5所述的船舶推进装置，其特征在于，

所述控制器在所述电动机推进中，根据速度控制手柄位置来决定电动机目标转速，在以使电动机转速与电动机目标转速一致的方式通过反馈控制向所述变频器指示转矩指令值时，对向所述变频器输出的转矩指令值的每单位时间的变化量进行限制，使得该变化量成为不会导致所述发动机驱动型发电机发生振荡的值，由此使变频器的响应性变得迟缓来与发动机驱动型发电机的响应性相配。

8.根据权利要求7所述的船舶推进装置，其特征在于，

利用PID运算式来计算向所述变频器输出的转矩指令值的每单位时间的变化量，由此使变频器的响应性变得迟缓来与发动机驱动型发电机的响应性相配，其中，所述PID运算式中设定了以下的PID参数：该PID参数进行限制，使得所述变频器的响应速度不会导致所述发动机驱动型发电机发生振荡。