CN111824380A - 一种全回转舵桨系统及其采用的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全回转舵桨系统及其采用的控制方法。全回转舵桨系统包括操纵手柄、舵桨装置、控制装置，控制装置包括控制单元、n个变频器和n个转舵电机；控制单元与操纵手柄相连接，各个变频器分别与控制单元相连接，且各个变频器级联，转舵电机与变频器一一对应连接，各转舵电机与舵桨装置相连接。控制装置中，控制单元对变频器实时主/从控制模式。控制单元获取操纵信号，输出对应的舵角信号和转速信号给被定义为主机的变频器；控制单元获取实时转矩信号决定需要启动的被定义为从机的变频器的数量，并向需要启动的被定义为从机的变频器输出转速信号。本发明能够避免能源浪费，提高安全性，从而提高船舶推进系统平稳、可靠运行，提高安全性能。

Description

一种全回转舵桨系统及其采用的控制方法

技术领域

本发明属于转舵控制技术领域，具体涉及一种全回转舵桨系统及其采用的控制方法。

背景技术

全回转舵桨控制灵活，被广泛运用于内河小型船舶及港做拖轮、汽渡船等。现在电力驱动船舶由于绿色、环保、舒适性高等优势被大量应用，但是船型安装空间有限，需多台电机同步转舵。现有的控制方式为各台电机各自独立控制。在实船应用中，转舵控制一般为小角度，频繁控制的操纵模式，这样每次转舵控制都需转舵电机全部运转，造成能量的浪费。由于每台舵桨装置机械结构、装配等过程存在差异性，每台转舵电机驱动的负载大小无法保证一致性，这样负载分配不均匀，长时间运转会出现负载较大的转舵电机过载，从而导致转舵系统崩溃。并且当其中一台转舵电机出现故障时，原控制系统还会保持原控制状态运行，从而导致其他电机超负荷过载运行一段时间后，产生设备的损害，存在严重的安全隐患，无法保证船舶的正常航行。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够避免能源浪费、提高安全性的全回转舵桨系统及其采用的控制方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种全回转舵桨系统，包括操纵手柄、舵桨装置、用于基于所述操作手柄的动作而控制所述舵桨装置实现转舵的控制装置，所述控制装置包括控制单元、n个变频器和n个转舵电机，n为大于或等于2的整数；所述控制单元与所述操纵手柄相连接，各个所述变频器分别与所述控制单元相连接，且各个所述变频器级联，所述转舵电机与所述变频器一一对应连接，各所述转舵电机与所述舵桨装置相连接；

所述变频器用于获取主从机定义信号，根据所述主从机定义信号而被定义为主机或从机，还用于反馈变频器状态信号；被定义为主机的所述变频器用于接收舵角信号和转速信号，根据所述舵角信号和所述转速信号向其对应连接的所述转舵电机输出主驱动信号，还用于获取其对应连接的所述转舵电机的实时转矩并输出对应的实时转矩信号；被定义为从机的所述变频器用于接收所述转速信号和所述实时转矩信号，根据所述转速信号和所述实时转矩信号向其对应连接的所述转舵电机输出从驱动信号；

所述控制单元用于获取所述操纵手柄在被操纵时输出的操纵信号、所述变频器状态信号、所述实时转矩信号，根据所述操纵信号输出对应的所述舵角信号、根据所述变频器状态信号输出主从机定义信号，还用于向被定义为主机的所述变频器输出所述舵角信号和转速信号、根据所述实时转矩信号决定需要启动的被定义为从机的所述变频器的数量并向需要启动的被定义为从机的所述变频器输出所述转速信号。

一种上述全回转舵桨系统采用的控制方法，该控制方法为：操纵所述操纵手柄，所述操纵手柄输出所述操纵信号；

所述控制单元获取所述操纵信号，输出对应的所述舵角信号和转速信号给被定义为主机的所述变频器；

被定义为主机的所述变频器接收所述舵角信号和所述转速信号，并向其对应连接的所述转舵电机输出所述主驱动信号；

与被定义为主机的所述变频器相连接的所述转舵电机接收所述主驱动信号并运转，被定义为主机的所述变频器获取其对应连接的所述转舵电机的实时转矩并输出对应的实时转矩信号给被定义为从机的所述变频器和所述控制单元；

所述控制单元获取所述实时转矩信号决定需要启动的被定义为从机的所述变频器的数量，并向需要启动的被定义为从机的所述变频器输出所述转速信号；

需要启动的被定义为从机的所述变频器接收所述转速信号和所述实时转矩信号，并向其对应连接的所述转舵电机输出所述从驱动信号；

与被定义为从机的所述变频器相连接的所述转舵电机接收所述从驱动信号并运转；

所述变频器反馈变频器状态信号，所述控制单元获取所述变频器状态信号；当作为主机的所述变频器损坏时，所述控制单元输出主从机定义信号，使一台被定义为从机的所述变频器新定义为主机，所述控制单元还向所述变频器输出减速对应的所述转速信号；当作为从机的所述变频器损坏时，所述控制单元向所述变频器输出减速对应的所述转速信号。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明能够避免能源浪费，提高系统安全性，从而大大提高船舶推进系统平稳、可靠运行，提高安全性能。

附图说明

附图1为本发明的全回转舵桨系统的示意图。

以上附图中：1、操纵手柄；2、控制单元；3、变频器；4、转舵电机；5、舵桨装置。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：如附图1所示，一种全回转舵桨系统，包括操纵手柄1、舵桨装置5以及用于基于操作手柄1的动作而控制舵桨装置5实现转舵的控制装置。控制装置包括控制单元2、n个变频器3和n个转舵电机4，n为大于或等于2的整数。在本实施例中，n=4，即控制装置包括4个变频器3和4个转舵电机4。控制单元2与操纵手柄1相连接，各个变频器3分别与控制单元2相连接，且各个变频器3级联，转舵电机4与变频器3一一对应连接，各转舵电机4与舵桨装置5相连接。

上述各个组成部分的功能为：

变频器3用于获取主从机定义信号，根据主从机定义信号而被定义为主机或从机，还用于反馈变频器状态信号；被定义为主机的变频器3用于接收舵角信号和转速信号，根据舵角信号和转速信号向其对应连接的转舵电机4输出主驱动信号，还用于获取其对应连接的转舵电机4的实时转矩并输出对应的实时转矩信号；被定义为从机的变频器3用于接收转速信号和实时转矩信号，根据转速信号和实时转矩信号向其对应连接的转舵电机4输出从驱动信号。

控制单元2用于获取操纵手柄1在被操纵时输出的操纵信号、变频器状态信号、实时转矩信号，根据操纵信号输出对应的舵角信号、根据变频器状态信号输出主从机定义信号，还用于向被定义为主机的变频器3输出舵角信号和转速信号、根据实时转矩信号决定需要启动的被定义为从机的变频器3的数量并向需要启动的被定义为从机的变频器3输出转速信号。

基于此，上述全回转舵桨系统采用的控制方法为：

在需要转舵时，操纵操纵手柄1，操纵手柄1输出操纵信号；

控制单元2获取操纵信号，输出对应的舵角信号和转速信号给被定义为主机的变频器3；

被定义为主机的变频器3接收舵角信号和转速信号，并向其对应连接的转舵电机4输出主驱动信号；

与被定义为主机的变频器3相连接的转舵电机4接收主驱动信号并运转，被定义为主机的变频器3获取其对应连接的转舵电机4的实时转矩并输出对应的实时转矩信号给被定义为从机的变频器3和控制单元2；

控制单元2获取实时转矩信号决定需要启动的被定义为从机的变频器4的数量，并向需要启动的被定义为从机的变频器3输出转速信号；

需要启动的被定义为从机的变频器3接收转速信号和实时转矩信号，并向其对应连接的转舵电机4输出从驱动信号；

与被定义为从机的变频器3相连接的转舵电机4接收从驱动信号并运转；

变频器3反馈变频器状态信号，控制单元2获取变频器状态信号；当作为主机的变频器4损坏时，控制单元2输出主从机定义信号，使一台被定义为从机的变频器3新定义为主机，控制单元2还向变频器3输出减速对应的转速信号；当作为从机的变频器3损坏时，控制单元2向变频器4输出减速对应的转速信号。

例如：通常情况下，1#变频器3被定义为主机，2#-n#变频器3被定义为从机，在本实施例中，1#变频器3被定义为主机，2#-4#变频器3被定义为从机。

转动全回转操纵手柄1，经过控制单元2的信号处理后，正常状态下把舵角信号传送给1#变频器3，1#变频器3控制1#转舵电机4运转后，1#变频器3会根据采集的转舵电机实时转矩反馈信号。控制单元2根据转矩的大小，来决定启动其他变频器的数量，从而达到节能效果，并且主机输出转矩信号控制从机，达到多台转舵电机4同步运转驱动舵桨装置5转舵。该主/从控制模式能实现多台转舵电机驱动负载均匀分配，从而实现舵桨转舵平稳转舵。

当其中一台从机损坏后，此时控制单元2会减慢转舵速度，保障其他转舵电机4不会过载。当主机损坏后，控制单元2会把2#变频器3切换为主机，控制单元2把舵角信号传送给2#变频器3，并减慢转舵速度，从而保障转舵系统的正常运行。

这样大大提高了船舶推进系统的平稳、可靠、安全性能。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种全回转舵桨系统，包括操纵手柄、舵桨装置、用于基于所述操作手柄的动作而控制所述舵桨装置实现转舵的控制装置，其特征在于：所述控制装置包括控制单元、n个变频器和n个转舵电机，n为大于或等于2的整数；所述控制单元与所述操纵手柄相连接，各个所述变频器分别与所述控制单元相连接，且各个所述变频器级联，所述转舵电机与所述变频器一一对应连接，各所述转舵电机与所述舵桨装置相连接；

所述变频器用于获取主从机定义信号，根据所述主从机定义信号而被定义为主机或从机，还用于反馈变频器状态信号；被定义为主机的所述变频器用于接收舵角信号和转速信号，根据所述舵角信号和所述转速信号向其对应连接的所述转舵电机输出主驱动信号，还用于获取其对应连接的所述转舵电机的实时转矩并输出对应的实时转矩信号；被定义为从机的所述变频器用于接收所述转速信号和所述实时转矩信号，根据所述转速信号和所述实时转矩信号向其对应连接的所述转舵电机输出从驱动信号；

所述控制单元用于获取所述操纵手柄在被操纵时输出的操纵信号、所述变频器状态信号、所述实时转矩信号，根据所述操纵信号输出对应的所述舵角信号、根据所述变频器状态信号输出主从机定义信号，还用于向被定义为主机的所述变频器输出所述舵角信号和转速信号、根据所述实时转矩信号决定需要启动的被定义为从机的所述变频器的数量并向需要启动的被定义为从机的所述变频器输出所述转速信号。

2.一种如权利要求1所述的全回转舵桨系统采用的控制方法，其特征在于：所述控制方法为：操纵所述操纵手柄，所述操纵手柄输出所述操纵信号；

所述控制单元获取所述操纵信号，输出对应的所述舵角信号和转速信号给被定义为主机的所述变频器；

被定义为主机的所述变频器接收所述舵角信号和所述转速信号，并向其对应连接的所述转舵电机输出所述主驱动信号；

与被定义为主机的所述变频器相连接的所述转舵电机接收所述主驱动信号并运转，被定义为主机的所述变频器获取其对应连接的所述转舵电机的实时转矩并输出对应的实时转矩信号给被定义为从机的所述变频器和所述控制单元；

所述控制单元获取所述实时转矩信号决定需要启动的被定义为从机的所述变频器的数量，并向需要启动的被定义为从机的所述变频器输出所述转速信号；

需要启动的被定义为从机的所述变频器接收所述转速信号和所述实时转矩信号，并向其对应连接的所述转舵电机输出所述从驱动信号；

与被定义为从机的所述变频器相连接的所述转舵电机接收所述从驱动信号并运转；

所述变频器反馈变频器状态信号，所述控制单元获取所述变频器状态信号；当作为主机的所述变频器损坏时，所述控制单元输出主从机定义信号，使一台被定义为从机的所述变频器新定义为主机，所述控制单元还向所述变频器输出减速对应的所述转速信号；当作为从机的所述变频器损坏时，所述控制单元向所述变频器输出减速对应的所述转速信号。

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