CN112839867A - 改进的发动机控制 - Google Patents

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埃里克·格利克松
马蒂亚斯·林德堡
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Abstract

一种用于控制推进单元的推进操作以达到海上船舶的期望速度的方法。所述方法包括：获得指示所述海上船舶的所述期望速度的目标速度配置；获得与所述海上船舶的当前速度相关联的当前速度值；获得与所述海上船舶的一个或多个压载舱的填充水平相关联的填充水平值；以及基于所述目标速度配置、所述当前速度值并基于所述填充水平值来控制推进单元的推进操作以达到所述期望速度。

Description

改进的发动机控制
技术领域
本公开涉及对用于为海上船舶(例如，休闲艇)提供动力的推进单元(例如，燃烧发动机和电动机)的控制。
背景技术
当操作海上船舶时，有时希望配置该海上船舶的、要通过速度控制功能而自动达到并维持的速度。基于全球定位系统(GPS)的速度控制功能是已知的。用户将期望速度输入到系统中，并且自动速度控制单元然后使用从GPS系统获得的速度数据而将所述期望速度与该船的当前速度进行比较。该控制单元然后通过调节当前速度以匹配所述期望速度来控制该船的推进操作以达到并维持所述期望速度。
速度控制功能在用于尾流运动(例如，尾流滑水、尾流冲浪、尾流滑浪和跪式滑水)的动力船中实施时特别有用，在这些场合，通常希望有恒定速度或自动驾驶操作。
US5142473 A公开了一种用于动力船的速度、加速度和纵倾控制系统(trimcontrol system)。
US8145372 B2公开一种船只速度控制装置。
在海上船舶中，希望有一致的加速性能和推进特性。当使用针对单个运行场景优化的速度控制功能时，可能难以获得这种一致性，因为运行条件可能会改变。
使推进单元的控制基于推进单元内部的信号可能是一个问题，这是因为将这些内部信号连接到推进单元外部的控制单元可能花费大。而且，该控制系统然后需要适合于不同类型的推进系统，这可能很耗时并且花费大。
发明内容
本公开的目的是提供改进的、用于海上船舶的推进单元的推进控制的方法和控制单元。
此目的通过一种用于控制推进单元110的推进操作以达到海上船舶100的期望速度V的方法来实现。该方法包括：获得指示所述期望速度V的目标速度配置；获得与海上船舶的当前速度相关联的当前速度值；以及还获得与海上船舶的一个或多个压载舱的填充水平相关联的填充水平值。该方法还包括：基于所述目标速度配置、当前速度值并基于所述填充水平值来控制推进单元的推进操作以达到所述期望速度。
因此，该控制操作不仅如已知的速度控制方法中一样基于目标速度和当前速度，而且还基于压载舱的填充水平值。这样，该控制操作对由于压载舱的填充和排空而导致的改变的船舶动力学特性进行补偿。这在发动期间提供了船舶的更一致的加速性能，并且在船舶重载而产生大尾流时提供更迅速的加速。由于这种改进的推进操作，将该方法用于在各种水上运动活动中控制推进是特别有利的。又一个优点是：所述补偿是在不访问特定推进单元110的内部功能的情况下实现的。例如，基于测量(例如，测量燃烧发动机的负荷的变化)的控制方法将不会直接与电动机驱动装置一起作用，而是将需要改造和适配，这可能花费大且耗时。这种基于压载舱填充水平的方法规避了这些问题。又一个优点涉及由于针对压载舱填充水平进行的所述补偿而导致的、发动期间的缩短的船舶速度稳定时间(settling time)。
根据多个方面，该方法包括：获得与推进单元相关联的动力纵倾设置(power trimsetting)；以及还基于该动力纵倾设置来控制推进单元的推进操作以达到所述期望速度。使用动力纵倾产生大尾流也改变了船舶的动态特性。本文中所公开的改进的控制方法也适用于不同的动力纵倾设置，这是一个优点。
根据多个方面，所述推进单元包括以下项中的任一种：燃烧发动机、电动机、或者混合式电动机和燃烧发动机设备。因此，所公开的控制方法适用于范围广泛的不同推进单元，因为这种改进的控制是基于独立于推进单元而获得的传感器信号。
所述目的还通过一种用于控制推进单元的推进操作以达到海上船舶的期望速度V的方法来实现。该方法包括：获得指示该海上船舶的期望速度V的目标速度配置；获得与该海上船舶的当前速度相关联的当前速度值；获得与推进单元相关联的动力纵倾设置；以及，基于所述目标速度配置、当前速度值并基于所述动力纵倾设置来控制推进单元的推进操作以达到所述期望速度。
此方法也与上文所提及的优点相关联。
本文中还公开与上文所提及的优点相关联的推进设备、海上船舶和控制单元。
通常，除非在本文中另有明确定义，否则权利要求书中所使用的所有术语应根据它们在技术领域中的普通含义来解释。除非另有明确说明，否则对“一个/该元件、设备、部件、器件、步骤等”的所有提及都应被开放性地解释为指代所述元件、设备、部件、器件、步骤等的至少一个实例。除非明确说明，否则本文中所公开的任何方法的步骤都不必以所公开的确切顺序来执行。
附图说明
现在参照附图通过示例来描述本发明构思，在附图中：
图1至图2示意性地示出了海上船舶；
图3a、图3b示出了压载舱设备；
图4示意性地示出了控制单元；
图5示出了示例性处理电路；
图6示出了示例性控制装置；
图7是例示了取决于船速的一个前馈因子的图；
图8示出了示例性控制装置；
图9是例示了取决于船速的多个前馈因子的图；
图10是示出了方法的流程图。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图来更全面地描述本发明构思，在附图中示出了本发明构思的某些实施例。然而，本发明构思能够以许多不同的形式来实施，且不应被解释为限于本文中阐述的实施例；而是，提供这些实施例是为了示例，以便本公开将是详尽和完整的，并将向本领域的技术人员充分传达本发明构思的范围。
图1示意性地示出了在水130中移动的海上船舶100。该海上船舶可以例如是用于尾流运动的动力船，即，较小船或休闲艇。该船舶利用推进单元110在水130中移动。图1中所示的推进单元110是包括螺旋桨115的示例性推进单元。然而，应当理解，本文中公开的技术也适用于其它类型的推进单元，例如泵喷射式推进单元、液力喷射式推进单元或水喷射式推进单元。船舶100以期望速度V在水130中移动。当在水中移动时，阻力R1作用在该船舶的船体上。动力船通常是使用滑航式船体(planing hulls)建造而成。滑航式船体被设计成通过将船舶提升出水面来减小阻力R1。滑航式船体是已知的，这里将不再详细讨论。
船舶100包括控制单元140，该控制单元140被布置成控制推进单元110的推进操作以达到并维持期望速度V。控制单元140被布置成从用户输入或从存储器获得指示所述期望速度的目标速度配置，并且还获得该海上船舶的当前速度。控制单元140基于所述期望速度与当前速度之间的差值来控制推进单元110。即，如果当前速度低于所述期望速度，则增大推进动力，以便增大当前速度，而如果所述期望速度低于当前速度，则减小推进动力，以便将当前速度减小到接近所述期望速度的水平。
能够以许多不同方式来获得所述目标速度配置，例如，通过用户操作节气门杆，或者通过用户使用诸如小键盘或触摸屏等的输入装置来输入目标速度值，或者通过访问存储器以加载所存储的目标速度配置。
该船舶在水中行驶时产生尾流120。通常希望最小化这种尾流，因为大尾流可能例如在燃料消耗和加速性能方面对船舶的性能有害。
控制单元140基于目标速度和当前速度来提供自动速度控制。这种自动速度控制通常针对正常运行条件(即，具有正常大小的尾流120的船舶的正常推进)进行校准。该校准通常涉及根据目标速度和当前速度之间的差值并且还单独基于当前速度的、不同的动力控制设置，以便在船舶的发动期间实现舒适但迅速的加速。
图2示意性地示出了被故意布置成产生大尾流210的海上船舶100。这种大尾流适合水上运动，例如尾流滑水、尾流冲浪、尾流滑浪和跪式滑水，其中，人在水上运动活动期间利用该尾流。
可以例如通过使用压载舱或通过调节推进单元的动力纵倾设置(power trimsetting)来获得大尾流操作。通过填充布置在该船舶上的压载舱，船舶的重量会增大，这使该船舶更深地降低到水中。下面将结合图3来详细讨论压载舱。推进单元的所述动力纵倾设置确定了该推进单元相对于船体的向前延伸方向的推力角度。推进单元的动力纵倾能够被布置在可变的向下推力水平下，例如，在-5度与+6度之间，或者在-5度与+30度之间，该向下推力水平将船舶的船尾部分更深地降低到水中，并因此产生更大尾流。在图2中示出了向下推力方向D和向前推力方向F。应当理解，向下D推力操作与向前F推力操作之间的关系影响船尾部分相对于水位线的位置。
与操作海上船舶100以产生大尾流210相关联的一个问题是船舶100的物理特性或动态特性显著改变。例如，与R1相比，作用在船体上的阻力R2显著增大。这意味着，如果针对图1中所示的场景(其中尾流不是那么大)来优化控制单元140，则当在图2中所示的场景中使用速度控制时，可以预期到是次优运行(sub-optimal operation)。例如，该船舶的加速性能将不同。而且，由于与图1相比、图2中的船舶和推进单元系统的增大的惯性，在加速时存在当前速度将超过所述期望速度的风险。
本文中公开的方法和控制单元旨在当船舶用于故意产生大尾流时(例如，在图2中)，对船舶100的改变的行为进行补偿。控制单元140被布置成获得指示海上船舶100的期望速度V的目标速度配置，并且还获得与海上船舶100的当前速度相关联的当前速度值。这两个值(或者等同地，它们之间的差值)允许该控制单元控制推进以达到所述期望速度。然而，为了在某些运行场景中解决增大的阻力，控制单元140还被布置成获得与海上船舶100的一个或多个压载舱的填充水平相关联的填充水平值，并且基于目标速度配置、当前速度值和填充水平值来控制推进单元110的推进操作以达到期望速度V。这样，该控制单元能够在一个或多个压载舱已被用于故意产生大尾流时对船的改变的动态行为进行补偿。例如，能够根据压载舱填充水平来增大推进单元的输出动力，以解决增大的阻力R2。
由于控制单元140的动作，用户将在不同运行条件期间体验到船舶的更一致的加速性能，这是一个优点。当产生大尾流时，用户还将体验到更迅速且准确的加速以达到期望速度，这是一个优点。此外，现在能够更容易地避免在发动期间超过所述期望速度的过冲，这是因为控制单元能够解决由于增大的压载舱填充水平而导致的额外惯性。
根据一个示例，本公开涉及速度控制功能，该速度控制功能允许船舶100的驾驶员设定该船舶的期望目标速度，然后通过例如仅将控制杆推到“高”节气门来指示控制单元控制推进单元，以便达到目标速度而不超过该目标速度。该控制单元使用船舶中的动力纵倾角和/或压载舱水平的信息来补偿速度控制功能。
所公开的技术旨在当压载舱被填充而水阻力较大时和/或动力纵倾角大时、使用动力纵倾角和/或压载舱水平的信息来补偿速度控制器，以在发动期间实现足够的加速和缩短的速度稳定时间。
图3a和图3b示出了压载舱设备。如上文所提及的，压载舱可以用于改变船舶100的船体在水中的位置。通过填充这些压载舱，船舶的重量会增大，这意味着船舶将在水中坐置在更低处。泵能够用来填充和排空这些压载舱。压载舱设备是已知的，这里将不再更详细讨论。
图3a示出了包括三个压载舱310a、310b和310c的示例性压载舱构造。相对于船体的中心线330，存在两个布置在船体的侧面处的压载舱和一个布置在船舶100的中间的压载舱。这些压载舱可以被布置成与船舶100的船尾部分340连接。因此，通过填充这些压载舱，船舶的船尾被降低到水中，这将产生更大尾流。
图3b示出了压载舱310，它被填充到该压载舱的填充水平320。此填充水平能够通过使用舱水位传感器(例如，漂浮装置)来直接测量，或者通过使用布置在压载舱310的进液口350和排液口360上的流量传感器来测量进入和离开该压载舱的液体量来间接测量。
图3a中所示的控制单元140被以可操作方式连接，以获得与海上船舶100的一个或多个压载舱310a、310b、310c的填充水平320相关联的填充水平值。根据多个方面，该控制单元被布置成从舱水位传感器和/或从流量传感器接收传感器信号，该控制单元能够从这些传感器信号中单独地确定每个压载舱的填充水平，或所有压载舱的总填充水平，或这些压载舱的平均填充水平。这样，控制单元140被布置成获得与海上船舶100的一个或多个压载舱310a、310b、310c的填充水平320相关联的填充水平值。
动力纵倾设备是已知的，这里将不再更详细讨论。能够使用来自动力纵倾设备的反馈信号来获得动力纵倾的当前状态，即，动力纵倾设置。
图4示意性地示出了控制单元140的示例。控制单元140被布置成控制推进单元110的推进操作以达到海上船舶100的期望速度V。控制单元140包括处理电路410，该处理电路410被配置成：获得指示海上船舶100的期望速度V的目标速度配置；获得与海上船舶100的当前速度相关联的当前速度值；并且还获得与海上船舶100的一个或多个压载舱310a、310b、310c的填充水平320相关联的填充水平值。控制单元140还包括接口模块420，该接口模块被布置成从外部传感器接收输入信号421，并将控制信号422输出到例如用于操作该推进单元110的系统。
输入信号421包括目标速度配置，该目标速度配置可以例如通过用户操作节气门杆或使用键盘或触摸屏输入目标速度来指示，或者可从存储器430获取。
输入信号421还包括船舶100的当前速度值。该当前速度值是船舶在水中或替代地在地表上移动的速度。地表速度输入信号(speed over ground input signal)可以例如从GPS或其它基于卫星或基于蜂窝的定位系统或从声纳传感器设备等获得。水中速度输入信号可以例如从测速仪(log)或从流速计设备获得。
应当理解，船舶的当前速度值和目标速度配置能够以直接而等同的方式被指示速度误差(即，目标速度与当前速度之间的差值)的差值信号替代。
输入信号421还包括填充水平值或包括能够从中推断出填充水平值的数据。上文已结合图3a和3b讨论了有关与一个或多个压载舱的填充水平320相关联的填充水平值的传感器信号。
处理电路410被布置成经由接口模块420接收输入信号421，并基于所述目标速度配置、当前速度值和填充水平值来控制推进单元110的推进操作以达到期望速度V。
根据一些方面，该处理电路还被布置成基于所述目标速度配置、当前速度值和填充水平值来维持所述期望速度V。
下面将结合图10来讨论该处理电路如何被布置成执行控制的示例。然而，一般来说，该处理电路基于输入信号来实施控制算法，并产生实现对推进操作的控制的一个或多个输出信号。
控制单元140包括用于存储一组操作的可选的存储介质430。处理电路410然后被配置成从该存储介质获取该一组操作，以使控制单元140执行如本文中讨论的一组操作。特别地，该控制单元被布置成执行下文结合图10所讨论的方法。
本文中还公开了一种用于控制推进单元110的推进操作以达到海上船舶100的期望速度V的计算机程序。该计算机程序包括计算机代码，当在控制单元140的处理电路410上运行时，该计算机代码使控制单元140：获得指示海上船舶的期望速度的目标速度配置；获得与海上船舶的当前速度相关联的当前速度值；获得与海上船舶的一个或多个压载舱的填充水平相关联的填充水平值；并且基于所述目标速度配置、当前速度值和填充水平值来控制该推进单元的推进操作以达到所述期望速度。
本文中还公开了包括根据上文的计算机程序的计算机程序产品、以及其上存储有该计算机程序的计算机可读器件。
根据一些方面，处理电路410被配置成根据填充水平值来增大推进单元110的推进动力。这意味着控制单元监测填充水平，并且，如果填充水平增大，则控制单元也增大推进单元110的推进动力，以解决增加的阻力R2。因此，获得了更一致的加速性能、达到所述期望速度的更快加速、以及缩短的稳定时间。此外，这些优点是在不访问推进单元110中的任何内部数据信号(例如，负荷或扭矩)的情况下获得的。因此，该控制单元独立于所使用的推进单元的类型，并且能够与不同类型的推进单元一起运行而无需进行显著改动，这是一个优点。
根据一些其它方面，处理电路410被配置成获得与推进单元110相关联的动力纵倾设置，并且还基于所述动力纵倾设置来控制推进单元110的推进操作以达到期望速度V。如上文结合图2所讨论的，动力纵倾可以改变，以便将向前推力F转换成向下推力D。该向下推力水平作用在船舶的船尾部分上，以将船尾部分降低到水中，因此产生更大尾流。该向下推力水平产生了与向下推力未增大时的阻力R1相比增大的阻力R2。为了解决增大的向下推力水平，根据一些方面，该处理电路被配置成根据与所述动力纵倾设置相关联的动力纵倾向下推力水平来增大推进单元110的推进动力。如上文所提及的，推进动力的增大能够通过经由接口模块420输出合适的控制信号422来实现。
应当理解，与基于压载舱填充水平和动力纵倾设置的控制相关的、控制单元140和处理电路410的控制操作是独立但可组合的控制动作。因此，能够基于这些输入信号中的任一个或者基于两个输入信号的组合来执行控制。
使用以下项中的一个或多个的任意组合来提供处理电路410：能够执行存储在计算机程序产品(例如，存储介质430的形式)中的软件指令的合适的中央处理器CPU、多处理器、微控制器、数字信号处理器DSP等。处理电路410还可以作为至少一个专用集成电路ASIC、或现场可编程门阵列FPGA或可编程集成电路PIC而提供。
特别地，处理电路410被配置成使控制单元140执行一组操作或步骤。例如，存储介质430可以存储该一组操作，并且处理电路410可被配置成从存储介质430获取该一组操作，以使控制单元140这些该一组操作。该一组操作可以作为一组可执行指令而提供。因此，处理电路410由此被布置成执行本文中所公开的方法，例如下文结合图10所讨论的方法。
存储介质430还可包括永久性存储装置，该永久性存储装置例如能够是磁性存储器、光学存储器、固态存储器或甚至远程安装的存储器中的任一个或其组合。
控制单元140包括接口模块420，该接口模块420用于与至少一个外部端口和/或传感器装置通信。这样，接口模块420可以包括一个或多个发射器和接收器，包括模拟部件和数字部件以及用于有线通信或无线通信的合适数量的端口。
处理电路410例如通过以下方式来控制该控制单元140的总体操作：将数据和控制信号发送到接口模块420和存储介质430；从接口模块420接收数据和报告；以及从存储介质430获取数据和指令。控制单元140的其它部件以及相关功能被省略，以免模糊本文中所呈现的概念。
根据多个方面，存储介质430包括船舶配置文件和/或用户配置文件，它们能够被配置以便基于不同的船体类型等而允许不同的控制特性。而且，用户可以配置个性化的控制机制。即，与其它用户相比，一些用户可能想要更急剧的加速。因此，根据一些方面，该控制单元被布置成还基于海上船舶型的类型来控制推进单元的推进操作以达到所述期望速度。这样，速度控制系统能够基于例如船体类型以及船舶的动态特性在压载舱装满时与压载舱未填充时相比如何改变来优化。因此，有利地，获得了更精细的控制方法，从而在推进单元110的不同运行情形下导致更一致的加速性能。
图5示出了根据本教导的通用处理电路410'的示例。处理电路410'被布置成获得输入信号501、502，并将控制信号506输出到推进单元110。输入信号501包括目标速度配置与当前速度值之间的差值，即，“海上船舶100在水中或地表上相对于期望速度V是移动得太快还是太慢”的指示。输入信号502包括填充水平值和/或动力纵倾设置。可选的滤波器503首先被应用以便减少所述输入信号中的测量噪声和失真。
根据一些方面，滤波器503是配置有船舶的运动模型的卡尔曼滤波器，该运动模型通过所述填充水平值而被参数化。经滤波的输入信号504被输入到控制算法，该控制算法产生输出控制信号506，用于控制推进单元110的推进操作以达到期望速度V。应当理解，可以应用多种不同滤波器和控制算法，以便在针对由于压载舱填充水平和/或动力纵倾设置的改变而作用在船舶上的改变的阻力R2进行补偿的同时，达到所预期的“达到期望速度”的效果。
图6示出了控制装置600的示例，例如图5中所示的控制装置505。这里，首先确定目标速度配置602与当前速度值601之间的差值603。该差值603构成误差信号，希望该误差信号最小化或至少被限制在可接受误差的范围内。该误差信号被输入到基于比例P、比例积分PI或比例积分微分PID调节器的控制算法。应当理解，可能的调节器不限于P调节器、PI调节器或PID调节器，当然也可以应用更先进的调节器。该控制算法产生输出信号604。然而，该输出信号并不解决例如由于压载舱填充水平或动力纵倾设置所导致的阻力的变化。因此，该控制算法包括前馈项FF或偏置项。此偏置将填充水平值或动力纵倾设置取为输入信号605。然后，通过将输入信号605乘以根据当前速度而确定的因子(FF因子)来应用映射函数，以产生偏置值606。然后，该偏置值被添加到来自该控制算法的输出信号604，以产生经偏置的输出信号607，所述经偏置的输出信号607能够用于控制推进单元110的推进操作。该映射函数确定偏置的影响。该映射函数能够通过计算机模拟或通过实际试验来确定，并且它可能是线性的或非线性的。
该映射函数的示例是线性映射函数，例如图7中所示的线性映射函数。这里，该映射函数从零或小乘法因子(FF因子)开始，并且线性增大到船速断点710，在该船速断点710处，使用作为船速的函数的、具有较小增加的第二线性函数。根据一些方面，该断点被配置在8节的船速S1处。
图8示出了控制装置800的另一示例。此控制装置使用压载舱填充水平值801与动力纵倾设置803二者来偏置所述控制算法的输出。该偏置是通过使用两个分开的前馈项来实现的，这两个分开的前馈项类似于上文结合图7所讨论的前馈项。每个前馈项是通过将当前速度601乘以从映射函数910、920获得的因子而获得的。应当理解，对于如图9中所示的两个前馈因子，映射函数可以不同。在图9中示出了线性映射函数的示例，但也可以使用非线性映射函数。
因此，图6和图8示出了包括标准PI控制器的水上运动速度控制器，其输入包括例如由用户配置的目标速度并且还包括船舶的当前速度。该控制器的输出是控制信号，例如节气门处于0％到100％的范围内的，其中0％是空转节气门，而100％是全开节气门(WOT)。该控制器内还存在前馈项，该前馈项由当前速度与节气门偏置(throttle bias)之间的映射或函数表示，以在速度控制信号中具有有限噪声的情况下实现该控制器的固定输出。为了对大的水阻力进行补偿，压载舱填充水平和动力纵倾角的信息被用作该前馈项的偏移，可选地，压载舱填充水平和动力纵倾角的信息被与PI控制器的比例部分的微小改变一起用作此前馈项的偏移。前馈项的偏移与压载舱中的0％至100％水位相关。-5度与+6度之间或-5度与+30度之间的动力纵倾角也能够用于补偿所述控制算法的输出。
作为替代，或者除了所述偏置之外，还可以基于压载舱水平和/或基于所述动力纵倾设置来调节所述控制算法的参数。例如，当使用P控制器或PI控制器时，则可以基于压载舱填充水平来调节比例增益因子和/或与积分相关联的增益因子。因此，与压载舱为空时相比，当压载舱被填充时，在控制环路中获得了更大增益。当阻力较大时，这产生更有决定性的控制动作，从而导致更一致的加速性能。
图10是示出了根据上文所讨论的方法的流程图。特别地，示出了用于控制推进单元110的推进操作以达到海上船舶100的期望速度V的方法。该方法包括：获得S1指示海上船舶100的期望速度V的目标速度配置；获得S2与海上船舶100的当前速度相关联的当前速度值；以及还获得S3与海上船舶100的一个或多个压载舱310a、310b、310c的填充水平320相关联的填充水平值。该方法还包括：基于目标速度配置、当前速度值和填充水平值来控制S5推进单元110的推进操作以达到所述期望速度。
如上文所提及的，能够彼此分开或联合地执行基于压载舱填充水平的控制以及基于动力纵倾设置的控制。因此，本文中还公开一种用于控制推进单元110的推进操作以达到海上船舶100的期望速度V的方法。该方法包括：获得指示海上船舶100的期望速度V的目标速度配置；获得与海上船舶100的当前速度相关联的当前速度值；以及获得与推进单元110相关联的动力纵倾设置。该方法还包括：基于目标速度配置、当前速度值并基于所述动力纵倾设置来控制S5推进单元110的推进操作以达到期望速度。
与已知的海上船舶速度控制系统不同，所公开的方法基于压载舱的填充水平和/或基于纵倾设置来执行控制。这具有对由于不同的填充水平和动力纵倾设置所导致的船舶100的动态行为的变化进行补偿的效果。通过基于压载舱的填充水平和/或基于纵倾设置的控制来补偿由于故意产生大尾流所导致的增大的阻力R2。因此，有利地，用户在不同运行场景之间体验到船舶的更一致的加速性能、达到所述期望速度时的减小的超速、以及当将船舶用于涉及故意产生大尾流的水上运动时的更快加速。
根据多个方面，该控制包括根据填充水平值来增大S51推进单元的推进动力。这意味着在填充水平值增大时增大推进动力，从而导致更一致的加速性能，这是因为：与阻力小时相比，在阻力大时会使用更多动力。
根据多个方面，该方法包括：获得S4与推进单元110相关联的动力纵倾设置；以及还基于该动力纵倾设置来控制S52推进单元的推进操作以达到期望速度V。
根据多个方面，该控制包括根据与所述动力纵倾设置相关联的动力纵倾向下推力水平来增大S521推进单元的推进动力。这意味着，当向下推力水平增大时，推进动力增大，从而再次导致更一致的加速性能。
根据多个方面，该控制包括使用S53被配置成最小化所述目标速度配置与当前速度值之间的差值的比例P、比例积分PI或比例积分微分PID控制环路中的任一种，其中，该P、PI或PID控制环路的输出控制信号607、803根据填充水平值和/或根据所述动力纵倾设置而被偏置610、810。上文已结合图6到图9讨论并例示了P、PI或PID控制器的使用。P、PI和PID控制器呈现具有吸引力的设计替代方案，因为它们是众所周知的，容易使用计算机模拟来模拟，复杂性低，并且也易于实施。
根据多个方面，该控制包括使用S54被配置成最小化所述目标速度配置与当前速度值之间的差值的比例P、比例积分PI或比例积分微分PID控制环路中的任一种，其中，该P、PI或PID控制环路根据填充水平值和/或根据所述动力纵倾设置而被参数化。将控制环路参数化意味着基于输入信号来调节参数。在这种情况下，对于P、PI或PID控制器，根据例如舱填充水平来调节增益参数，使得：与舱为空时相比，在舱满时获得更大增益。这样，动态行为的改变自动地得到补偿。
根据多个方面，推进单元110包括燃烧发动机，并且，控制所述推进操作包括：控制S55与该燃烧发动机相关联的节气门水平和/或旋转速度和/或扭矩。
根据多个方面，推进单元110包括电动机，并且，控制所述推进操作包括控制S56该电动机的输出动力。
优点在于，所公开的控制方法和控制单元不依赖于推进单元内部的信号，例如发动机负荷测量值或发动机扭矩的估计值。所述动力纵倾设置和压载舱水平信号独立于所使用的推进单元的特定类型，即，燃烧发动机、电动机、喷水器等。
根据多个方面，该方法包括还基于海上船舶的预先配置的类型和/或基于预先配置的用户配置文件来控制S6推进单元的推进操作以达到期望速度。这样，该速度控制系统能够基于例如船体类型以及船舶的动态特性在压载舱装满时与压载舱未填充时相比如何改变来优化。因此，有利地，获得更精细的控制方法，从而在推进单元110的不同操作情形下导致更一致的加速性能。

Claims (15)

1.一种用于控制推进单元(110)的推进操作以达到海上船舶(100)的期望速度(V)的方法，所述方法包括：
获得(S1)指示所述期望速度(V)的目标速度配置；
获得(S2)与所述海上船舶(100)的当前速度相关联的当前速度值；
获得(S3)与所述海上船舶(100)的一个或多个压载舱(310a、310b、310c)的填充水平(320)相关联的填充水平值；以及
基于所述目标速度配置、所述当前速度值并基于所述填充水平值来控制(S5)所述推进单元(110)的所述推进操作，以达到所述期望速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制包括：根据所述填充水平值来增大(S51)所述推进单元的推进动力。
3.根据任一前述权利要求所述的方法，包括：获得(S4)与所述推进单元(110)相关联的动力纵倾设置；以及还基于所述动力纵倾设置来控制(S52)所述推进单元的所述推进操作，以达到所述期望速度(V)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述控制包括：根据与所述动力纵倾设置相关联的动力纵倾向下推力水平来增大(S521)所述推进单元的推进动力。
5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述控制包括：使用(S53)被配置成最小化所述目标速度配置与所述当前速度值之间的差值的比例P、比例积分PI或比例积分微分PID控制环路中的任一种，其中，所述P、PI或PID控制环路的输出控制信号(607、803)根据所述填充水平值和/或根据所述动力纵倾设置而被偏置(610、810)。
6.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述控制包括：使用(S54)被配置成最小化所述目标速度配置与所述当前速度值之间的差值的比例P、比例积分PI或比例积分微分PID控制环路中的任一种，其中，所述P、PI或PID控制环路根据所述填充水平值和/或根据所述动力纵倾设置而被参数化。
7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述推进单元(110)包括燃烧发动机，并且其中，控制所述推进操作包括：控制(S55)与所述燃烧发动机相关联的节气门水平和/或旋转速度和/或扭矩。
8.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述推进单元(110)包括电动机，并且其中，控制所述推进操作包括：控制(S56)所述电动机的输出动力。
9.根据任一前述权利要求所述的方法，包括：还基于所述海上船舶的预先配置的类型和/或基于预先配置的用户配置文件来控制(S6)所述推进单元的所述推进操作，以达到所述期望速度。
10.一种用于控制推进单元(110)的推进操作以达到海上船舶(100)的期望速度(V)的方法，所述方法包括：
获得指示所述海上船舶(100)的所述期望速度(V)的目标速度配置；
获得与所述海上船舶(100)的当前速度相关联的当前速度值；
获得与所述推进单元(110)相关联的动力纵倾设置；以及
基于所述目标速度配置、所述当前速度值并基于所述动力纵倾设置来控制(S5)所述推进单元(110)的所述推进操作，以达到所述期望速度。
11.一种控制单元(140)，所述控制单元(140)被布置成控制推进单元(110)的推进操作以达到海上船舶(100)的期望速度(V)，所述控制单元(140)包括处理电路(410)，所述处理电路被配置成获得指示所述海上船舶(100)的所述期望速度(V)的目标速度配置，并获得与所述海上船舶(100)的当前速度相关联的当前速度值，其特征在于，所述处理电路被配置成：获得与所述海上船舶(100)的一个或多个压载舱(310a、310b、310c)的填充水平(320)相关联的填充水平值，并且基于所述目标速度配置、所述当前速度值并基于所述填充水平值来控制所述推进单元(110)的所述推进操作，以达到所述期望速度(V)。
12.根据权利要求11所述的控制单元(140)，其中，所述处理电路(410)被配置成根据所述填充水平值来增大所述推进单元(110)的推进动力。
13.根据权利要求11到12中的任一项所述的控制单元(140)，其中，所述处理电路(410)被配置成：获得与所述推进单元(110)相关联的动力纵倾设置，并且还基于所述动力纵倾设置来控制所述推进单元(110)的所述推进操作，以达到所述期望速度(V)。
14.根据权利要求13所述的控制单元，其中，所述处理电路(410)被配置成根据与所述动力纵倾设置相关联的动力纵倾向下推力水平来增大所述推进单元(110)的推进动力。
15.一种用于海上船舶(100)的推进设备，包括推进单元(110)以及根据权利要求11至14中的任一项所述的控制单元(140)。
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