CN112829912B - 一种表面桨无人艇波浪中快速起滑控制方法 - Google Patents

一种表面桨无人艇波浪中快速起滑控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112829912B
CN112829912B CN202110026471.XA CN202110026471A CN112829912B CN 112829912 B CN112829912 B CN 112829912B CN 202110026471 A CN202110026471 A CN 202110026471A CN 112829912 B CN112829912 B CN 112829912B
Authority
CN
China
Prior art keywords
stage
boat
sliding
inclination angle
longitudinal inclination
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110026471.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN112829912A (zh
Inventor
朱少辉
张文杰
苑茹滨
曹阳
戴成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
707th Research Institute of CSIC
Original Assignee
707th Research Institute of CSIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 707th Research Institute of CSIC filed Critical 707th Research Institute of CSIC
Priority to CN202110026471.XA priority Critical patent/CN112829912B/zh
Publication of CN112829912A publication Critical patent/CN112829912A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112829912B publication Critical patent/CN112829912B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H5/00—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water
    • B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
    • B63H5/125—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers movably mounted with respect to hull, e.g. adjustable in direction, e.g. podded azimuthing thrusters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B79/00—Monitoring properties or operating parameters of vessels in operation
    • B63B79/30—Monitoring properties or operating parameters of vessels in operation for diagnosing, testing or predicting the integrity or performance of vessels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B79/00—Monitoring properties or operating parameters of vessels in operation
    • B63B79/40—Monitoring properties or operating parameters of vessels in operation for controlling the operation of vessels, e.g. monitoring their speed, routing or maintenance schedules

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

本发明涉及一种表面桨无人艇波浪中快速起滑控制方法，包括如下步骤：1、根据表面桨起滑过程中各阶段艇的航态，分析确定各航态对于表面桨推力作用的需求；2、将对于推力作用的需求对应到表面桨纵倾的角度需求，确定起滑过程中各阶段纵倾角度需求；3、针对纵倾角度需求，分析及通过实艇数据获取起滑各阶段纵倾角度变化的切换点，设置纵倾角度自适应切换的策略；4、针对以上步骤分析确定的纵倾角度自适应切换的策略，设计起滑阶段表面桨自适应控制程序，实现起滑各阶段表面桨纵倾角度的精确控制。本发明通过对于表面桨无人艇起滑阶段推力及状态的分析，获取起滑的关键要素，设计的表面桨纵倾控制策略为表面桨无人艇快速起滑提供了创新的解决方案。

Description

一种表面桨无人艇波浪中快速起滑控制方法
技术领域
本发明属于无人艇控制技术，具体涉及一种表面桨无人艇波浪中快速起滑控制方法。
背景技术
表面桨无人艇要实现高航速运行，必须能够顺利起滑，使艇处于滑行状态，当无人艇处于波浪中时，需要反复调节表面桨，才能实现起滑，有人艇时由艇上人员现场调节，保证起滑，无人艇时由于艇上无人，则不能通过人工操作表面桨的方式，因此急需无人状态下表面桨的起滑自动控制方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种可实现表面桨纵倾根据航行的状态自适应调节，从而可保证波浪中的快速起滑的表面桨无人艇波浪中快速起滑控制方法。
本发明的上述目的通过如下技术方案来实现：
一种表面桨无人艇波浪中快速起滑控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、分析表面桨无人艇起滑过程中对于推力的需求，具体的：根据表面桨起滑过程中各阶段艇的航态，分析确定各航态对于表面桨推力作用的需求；
步骤2、将对于推力作用的需求对应到表面桨纵倾的角度需求，确定起滑过程中各阶段纵倾角度需求；
步骤3、针对纵倾角度需求，分析及通过实艇数据获取起滑各阶段纵倾角度变化的切换点，设置纵倾角度自适应切换的策略；
步骤4、针对以上步骤分析确定的纵倾角度自适应切换的策略，设计起滑阶段表面桨自适应控制程序，实现起滑各阶段表面桨纵倾角度的精确控制。
进一步的：步骤1中，表面桨无人艇起滑过程分成三个阶段：第一阶段为艇的排水加速阶段，第二阶段为过渡滑行阶段，第三阶段为完全滑行阶段；排水加速阶段需要通过实现在有限条件下整艇滑行较小的阻力，实现主机转速和航速的快速上升，此阶段对于推力的需求是在保证加速性能的前提下，尽可能减小整艇阻力；过渡滑行阶段，航速上升到一定水平以后，由于整艇升力的作用，艇艏部会率先翘起，为了进一步较小阻力，实现航速的快速上升，对于表面桨推力的作用应当是保证航行推力的同时，提供一部分艉部升力，保证整艇快速滑起；完全滑行解决，为了保证推进的效率，实现较高的航速，推力的作用全部用于加速。
进一步的：步骤2中，根据步骤1中对于起滑各阶段的推力需求分析，第一阶段表面桨纵倾角度应为正向纵倾，即纵倾角度零位偏上；第二阶段表面桨的纵倾应为负向，即纵倾角度零位偏下；第三阶段表面桨纵倾角度应为零位附近。
进一步的：步骤3中，针对步骤2中各阶段对于纵倾角度的需求，确定纵倾角度变化的切换点；根据起滑过程中的分析及起滑过程的试验数据总结，与起滑过程中各阶段变化相关的量，获得滑行阶段与艇体纵倾及时间的相关描述：
Figure BDA0002890394140000021
其中，
Figure BDA0002890394140000022
表示航行阶段，θ、t表示艇体纵倾角度和时间。
通过以上相关关系，在起滑阶段确定排水加速阶段纵倾角度的范围、过渡滑行阶段纵倾角度的范围以及正常滑行阶段纵倾角度的范围。
进一步的：步骤4中，起滑阶段表面桨自适应控制程序的控制流程如下：
4.1首先判断表面桨无人艇是否进入起滑状态，通过步骤3确定的航行阶段与纵倾角度相关性确定；
4.2进入起滑状态后，综合船体纵倾和航速两个相关量实现对于艇状态的判断，确定表面桨当前需要的纵倾值，并通过角度传感器采集表面桨实际纵倾角度，利用闭环控制方式实现表面桨纵倾角度的精确控制。
本发明具有的优点和积极效果：
1、本发明通过对于表面桨无人艇起滑阶段推力及状态的分析，获取起滑的关键要素，设计的基于起滑阶段以艇体纵倾角度为相关量的表面桨纵倾控制策略为表面桨无人艇快速起滑提供了创新的解决方案。
2、本方法经过实艇验证自动起滑控制的效果明显，在波浪中能够实现艇的快速起滑，比人工操作起滑的快速性有明显提升。
3、本方法能够适用于所有表面桨无人艇的应用。
附图说明
图1是本方法实现系统框图。
图2是分析各阶段推力示意图。
图3是起滑阶段表面桨纵倾闭环控制框图。
图4是表面桨自适应控制程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种表面桨无人艇波浪中快速起滑控制方法,参见附图1，包括以下步骤:
步骤1：分析表面桨无人艇起滑过程中对于推力的需求，具体的，根据表面桨起滑过程中各阶段艇的航态，分析确定各航态对于表面桨推力作用的需求，见附图2。
表面桨无人艇起滑过程分成三个阶段：艇的排水加速阶段、过渡滑行阶段和完全滑行阶段。第一阶段排水加速阶段需要通过实现在有限条件下整艇滑行较小的阻力，实现主机转速和航速的快速上升，因此此阶段对于推力的需求是在保证加速性能的前提下，尽可能减小整艇阻力；第二阶段过渡滑行阶段，航速上升到一定水平以后，由于整艇升力的作用，艇艏部会率先翘起，为了进一步较小阻力，实现航速的快速上升，对于表面桨推力的作用应当是保证航行推力的同时，提供一部分艉部升力，保证整艇快速滑起；在完全滑行解决，为了保证推进的效率，实现较高的航速，推力的作用全部用于加速。
步骤2、将对于推力作用的需求对应到表面桨纵倾的角度需求，确定起滑过程中各阶段纵倾角度需求。
根据步骤1中对于起滑各阶段的推力需求分析，第一阶段为减轻阻力，表面桨纵倾角度应为正向纵倾(纵倾角度零位偏上)，减少表面桨没入水中的深度，从而降低阻力；第二阶段提供推力的同时，承担一部分升力，表面桨的纵倾应为负向(纵倾角度零位偏下)，保证推进存在一个向上将艇托起的分力；第三阶段为提升推进效率，全部推力用于加速，表面桨纵倾角度应为零位附近。根据实艇试验情况和表面桨理论分析，一般取表面桨纵倾向上调节时，调节到上限位值，向下调节时调节到下限位值，恢复零位时，需要根据船舶尾板倾斜角度及表面桨安装角度确定，通常取0-3°之间。
步骤3、针对纵倾角度需求，重点分析及通过实艇数据获取起滑各阶段纵倾角度变化的切换点，设置纵倾角度自适应切换的策略。
针对步骤2中各阶段对于纵倾角度的需求，确定纵倾角度变化的切换点，这是调节的核心部分。根据起滑过程中的分析及起滑过程的试验数据总结，与起滑过程中各阶段变化相关的量包含艇体纵倾、主机转速等相关量，获得滑行阶段与艇体纵倾及时间的相关描述：
Figure BDA0002890394140000031
Figure BDA0002890394140000032
表示航行阶段，θ、t表示艇体纵倾角度和时间。
通过以上相关关系，在起滑阶段确定排水加速阶段纵倾角度的范围、过渡滑行阶段纵倾角度的范围以及正常滑行阶段纵倾角度的范围，通过设置表面桨纵倾角度与艇体起滑过程中纵倾角度的相关性来实现对于表面桨纵倾的自适应控制。
步骤4、针对以上步骤分析确定的表面桨自适应调节策略，设计起滑阶段表面桨自适应控制程序，保证起滑各阶段表面桨纵倾角度的精确控制，最终保证快速起滑，程序流程见附图4。
首先需要判断表面桨无人艇是否进入起滑状态，通过步骤3确定的航行阶段与纵倾角度相关性确定，进入起滑状态后，综合船体纵倾和航速两个相关量实现对于艇状态的判断，确定表面桨当前需要的纵倾值，并通过角度传感器采集表面桨实际纵倾角度，利用闭环控制方式实现表面桨纵倾角度的精确控制，闭环控制框图参见图3。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (1)

1.一种表面桨无人艇波浪中快速起滑控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、分析表面桨无人艇起滑过程中对于推力的需求，具体的：根据表面桨起滑过程中各阶段艇的航态，分析确定各航态对于表面桨推力作用的需求；
步骤2、将对于推力作用的需求对应到表面桨纵倾的角度需求，确定起滑过程中各阶段纵倾角度需求；
步骤3、针对纵倾角度需求，分析及通过实艇数据获取起滑各阶段纵倾角度变化的切换点，设置纵倾角度自适应切换的策略；
步骤4、针对以上步骤分析确定的纵倾角度自适应切换的策略，设计起滑阶段表面桨自适应控制程序，实现起滑各阶段表面桨纵倾角度的精确控制；
步骤1中，表面桨无人艇起滑过程分成三个阶段：第一阶段为艇的排水加速阶段，第二阶段为过渡滑行阶段，第三阶段为完全滑行阶段；排水加速阶段通过实现在有限条件下整艇滑行较小的阻力，实现主机转速和航速的快速上升，此阶段对于推力的需求是在保证加速性能的前提下，尽可能减小整艇阻力；过渡滑行阶段，航速上升到一定水平以后，由于整艇升力的作用，艇艏部会率先翘起，为了进一步较小阻力，实现航速的快速上升，对于表面桨推力的作用应当是保证航行推力的同时，提供一部分艉部升力，保证整艇快速滑起；完全滑行解决，为了保证推进的效率，实现较高的航速，推力的作用全部用于加速；
步骤2中，根据步骤1中对于起滑各阶段的推力需求分析，第一阶段表面桨纵倾角度为正向纵倾，即纵倾角度零位偏上；第二阶段表面桨的纵倾为负向，即纵倾角度零位偏下；第三阶段表面桨纵倾角度为零位附近；
步骤3中，针对步骤2中各阶段对于纵倾角度的需求，确定纵倾角度变化的切换点；根据起滑过程中的分析及起滑过程的试验数据，以及与起滑过程中各阶段变化相关的量，获得滑行阶段与艇体纵倾及时间的相关描述：
Figure FDA0003664449940000011
其中，
Figure FDA0003664449940000012
表示航行阶段，θ、t表示艇体纵倾角度和时间；
通过以上相关关系，在起滑阶段确定排水加速阶段纵倾角度的范围、过渡滑行阶段纵倾角度的范围以及正常滑行阶段纵倾角度的范围；
步骤4中，起滑阶段表面桨自适应控制程序的控制流程如下：
4.1首先判断表面桨无人艇是否进入起滑状态，通过步骤3确定的航行阶段与纵倾角度相关性确定；
4.2进入起滑状态后，综合艇体纵倾和航速两个相关量实现对于艇状态的判断，确定表面桨当前需要的纵倾值，并通过角度传感器采集表面桨实际纵倾角度，利用闭环控制方式实现表面桨纵倾角度的精确控制。
CN202110026471.XA 2021-01-08 2021-01-08 一种表面桨无人艇波浪中快速起滑控制方法 Active CN112829912B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110026471.XA CN112829912B (zh) 2021-01-08 2021-01-08 一种表面桨无人艇波浪中快速起滑控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110026471.XA CN112829912B (zh) 2021-01-08 2021-01-08 一种表面桨无人艇波浪中快速起滑控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112829912A CN112829912A (zh) 2021-05-25
CN112829912B true CN112829912B (zh) 2022-07-26

Family

ID=75929160

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110026471.XA Active CN112829912B (zh) 2021-01-08 2021-01-08 一种表面桨无人艇波浪中快速起滑控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112829912B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116481766B (zh) * 2023-04-28 2024-02-27 中国船舶科学研究中心 半浸桨推进装置的带载运转试验系统的试验方法及其试验系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007048060A1 (de) * 2007-10-05 2009-04-09 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren zum Steuern eines Wasserfahrzeugs mit einem Oberflächenantrieb
WO2013097416A1 (zh) * 2011-12-30 2013-07-04 深圳市海斯比船艇科技股份有限公司 电动升降控制模块表面桨驱动系统及船艇
CN104627327A (zh) * 2015-02-16 2015-05-20 哈尔滨工程大学 一种可变航态无人艇
CN204527595U (zh) * 2015-03-05 2015-08-05 珠海市和裕丰船舶设备有限公司 一种高速船可调式半潜桨推进装置
CN204606180U (zh) * 2015-05-11 2015-09-02 武汉劳雷绿湾船舶科技有限公司 可调式半浸桨推进装置
CN106428421A (zh) * 2016-09-19 2017-02-22 哈尔滨工程大学 一种多航态水中航行器
CN111694997A (zh) * 2020-05-22 2020-09-22 中国船舶工业系统工程研究院 一种无人艇的航行数据分析控制方法及系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007048060A1 (de) * 2007-10-05 2009-04-09 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren zum Steuern eines Wasserfahrzeugs mit einem Oberflächenantrieb
WO2013097416A1 (zh) * 2011-12-30 2013-07-04 深圳市海斯比船艇科技股份有限公司 电动升降控制模块表面桨驱动系统及船艇
CN104627327A (zh) * 2015-02-16 2015-05-20 哈尔滨工程大学 一种可变航态无人艇
CN204527595U (zh) * 2015-03-05 2015-08-05 珠海市和裕丰船舶设备有限公司 一种高速船可调式半潜桨推进装置
CN204606180U (zh) * 2015-05-11 2015-09-02 武汉劳雷绿湾船舶科技有限公司 可调式半浸桨推进装置
CN106428421A (zh) * 2016-09-19 2017-02-22 哈尔滨工程大学 一种多航态水中航行器
CN111694997A (zh) * 2020-05-22 2020-09-22 中国船舶工业系统工程研究院 一种无人艇的航行数据分析控制方法及系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
多航态高速无人艇阻力试验研究;罗富强;《舰船科学技术》;20091231;第41卷(第12期);第58-63页 *
高速艇的推进装置;付勤业;《江苏船舶》;20090228;第26卷(第1期);第15-17页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112829912A (zh) 2021-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101342937B (zh) 一种船舶推进系统的航行控制方法
US7517263B1 (en) Advanced blade sections for high speed propellers
CN111661234B (zh) 一种水中变结构多航态航行器
JP2003120395A (ja) 航走制御装置
US20090114137A1 (en) Ship
CN112829912B (zh) 一种表面桨无人艇波浪中快速起滑控制方法
CN101439758A (zh) 全回转推进器和可升降舵的动力定位推力系统
CN101389529B (zh) 排水和半排水船的半潜式螺旋桨推进系统
US4498409A (en) Multi-hull sailboat
US5022337A (en) Lift producing device exhibiting low drag and reduced ventilation potential and method for producing the same
CN115390561B (zh) 一种基于桨转速差动的船舶航向控制方法
CN110789699B (zh) 综合性智能动态船机桨联合控制方法
CA2069751C (en) Boat hull
JPH058792A (ja) 船外装置の制御装置
US4434737A (en) Displacement, planing sailboard
CN114408086A (zh) 一种双模式变结构水面航行装置及其变结构方法
US3088428A (en) Sail-boat
JPH09286390A (ja) 水中翼船におけるテイクオフ強化方法およびその装置
EP4342785A1 (en) A system for controlling movements of a marine surface vessel
Bradfield Predicted and measured performance of a daysailing catamaran
CN115675725A (zh) 一种三支点伺服的可变水翼攻角高速船及其控制方法
Findlay et al. Investigating sailing styles and boat set-up on the performance of a hydrofoiling Moth dinghy
JP2003285790A (ja) 船体の推進抵抗減少構造
Caraher et al. Aerodynamic analysis and design of high-performance sails
Roberts Wind‐power and the boats from the Cyclades

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant