CN208813491U - 一种自动操舵装置控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于船舶技术领域，提供了一种自动操舵装置控制系统，包括控制环节、控制模式和控制设备，所述控制环节为一种自动操舵装置控制系统的控制环节，所述控制模式为根据不同条件下所选择的控制模式，所述控制设备为实现控制目的所需要的关键设备；所述舵角反馈环节定时向所述航向偏差与舵角反馈比较环节发送舵角信息，所述控制器依据参数数据和舵角信息定时发送控制指令，使所述调节对象—船恢复正确航向，航行时可以根据不同的目的和需求灵活选择所述所述航向控制模式、所述航向控制修正模式、所述人工控制模式、所述航路控制模式、所述自动转向模式和所述航向/航路遥控模式，控制方便，操作灵活。

Description

一种自动操舵装置控制系统

技术领域

本实用新型属于船舶技术领域，尤其涉及一种自动操舵装置控制系统。

背景技术

自动舵，全称"自动操舵装置控制系统"，又称"自动操舵装置"，是指能自动及时纠正船舶的偏航，使船较长时间和较准确地保持在指定航向的一种操舵装置，其工作原理为:当船首受到风浪、流等外力作用而偏离原航向一定角度(偏航角)时，该装置立即动作，使舵叶偏转一定角度(偏舵角)，船首在舵力作用下逐渐返回原航向；为防止船首回转惯性过大，船首在未到达和接近原航向时，该装置使舵正舵或产生一个反舵角，从而使船首回到原航向，为了适应船舶的不同受载状况和海况，一般自动舵还设置了一些调节旋钮，自动舵模拟并代替了人工操舵方式，其保持航向的精度比人工操舵高，对地提高了航速，目前，海船上常用的自动舵有比例-微分舵、比例-微分-积分航、自适应舵和自动驾驶仪(航迹舵)等，船舶是借助螺旋桨的推力和舵力来改变或保持航速和航向，实现从某港出发按计划的航线到达预定的目的港，由此可见，操舵系统是一个重要控制系统，其性能直接影响着船舶航行的操纵性、经济性和安全性，自动操舵仪是总结了人的操舵规律而设计的装置，系统的调节对象是船，被调节量是航向。

现有的自动操舵仪在使用过程中，参数设置过于僵硬，但航行过程中会遇到不同的情况，比如由于海况风浪和水流量的不同，固定的设置参数可能会引起较大的误差，其次，现有的自动舵功能不完善，不能依据航行的要求改变控制模式。

实用新型内容

本实用新型提供一种自动操舵装置控制系统，旨在解决在使用过程中，参数设置过于僵硬，但航行过程中会遇到不同的情况，比如由于海况风浪和水流量的不同，固定的设置参数可能会引起较大的误差，其次，现有的自动舵功能不完善，不能依据航行的要求改变控制模式的问题。

本实用新型是这样实现的，一种自动操舵装置控制系统，包括控制环节、控制模式和控制设备，所述控制环节为一种自动操舵装置控制系统的控制环节，所述控制模式为根据不同条件下所选择的控制模式，所述控制设备为实现控制目的所需要的关键设备，所述控制环节包括航向给定环节、航向检测环节、给定航向与实际航向比较环节、航向偏差与舵角反馈比较环节、控制器、执行机构-舵、调节对象—船和舵角反馈环节，所述航向给定环节设置航线的航路信息和航向信息，所述航向检测环节获取船舶航行的航向信息，所述给定航向与实际航向比较环节将所述航向给定环节和所述航向检测环节的信息进行比较并生成航向偏差数据，所述舵角反馈环节获得舵角反馈的数据，所述航向偏差与舵角反馈比较环节将所述给定航向与实际航向比较环节生成的航向偏差数据和所述舵角反馈环节的舵角反馈数据进行比较，所述控制器依据所述航向偏差与舵角反馈比较环节的比较结果发出控制命令，所述执行机构-舵接受所述控制器的指令并依据指令改变姿态，通过所述执行机构-舵的姿态改变所述调节对象—船的航向方向进行调整，所述航向偏差与舵角反馈比较环节、所述控制器、所述执行机构-舵、所述调节对象—船和所述舵角反馈环节组成一个闭环系统，所述控制模式包括航向控制模式、航向控制修正模式、人工控制模式、航路控制模式、自动转向模式和航向/航路遥控模式，所述自动转向模式为传统意义上的通过设置工作参数使船艏自动跟踪航向的工作模式，所述自动转向模式为根据不同海况，设置另一套工作参数的航向控制模式，所述人工控制模式与传统意义上的通过非随动杆或者随动手轮人工控制舵角不同，当船舶发生偏航或做避让动作时，只需要通过触摸键或旋钮在电脑显示器屏前来完成对舵角的控制，所述航路控制模式为通过GPS的APB语句格式发送预先设置的航路段信息给自动舵，控制船舶的航路和航向的工作模式，所述自动转向模式为周期性的按照预先设定的某一固定航向变哈自动转向的工作模式，适用于拖轮、渔船、游艇及工程和搜救作业等，所述航向/航路遥控模式为船舶的航向和航路控制无需人工设置，而由航行系统和外部航路导航系统自动确定的工作模式，所述控制设备包括主机、舵角信号板、固态继电器、电磁阀、舵机、舵叶、航向信号板、电罗经和单片机，所述主机和所述舵角信号板进行信息传输，所述主机经控制算法计算得出舵令,经由串行口送给所述舵角信号板，所述舵角信号板控制输出TTL信号,所述固态继电器依据TTL信号控制所述电磁阀，所述电磁阀的数量为两个，两个所述电磁阀分别开设于所述舵机的左右两侧，所述舵角信号板通过控制两个所述电磁阀控制所述舵机的动作，所述舵机控制所述舵叶的方向，所述航向信号板和所述主机进行信息传输获取所述主机的初始航向设置，所述航向信号板通过所述电罗经的复式信号获取船舶的航向信息并与初始航向比较生成航向偏差数据，所述航向信号板通过所述单片机生成相同字符串格式将航向偏差数据定时发送给所述主机。

优选的，所述控制设备还包括陀螺仪Gyro、航向日志Log和GPS，所述陀螺仪Gyro、所述航向日志Log和所述GPS均与所述主机进行信息传输。

优选的，所述航向控制模式和所述航路控制模式均需进行基本参数设置，当选择所述航向控制模式时，所述主机连接所述陀螺仪Gyro和所述航向日志Log，并结合所述陀螺仪Gyro和所述航向日志Log的信息生成航向限定指令，当选择所述航路控制模式时，所述主机连接所述陀螺仪Gyro、所述航向日志Log和所述GPS并结合所述陀螺仪Gyro、所述航向日志Log和所述GPS的信息生成航路限定指令。

优选的，所述航向控制模式和所述航路控制模式均还需通过静态设置确定最大舵角指示限制和转舵速率限制。

优选的，所述航向控制模式和所述航路控制模式还均需进行动态参数设置，当海况轻浪、中浪和小水流时，所述航向控制模式需进行XTE TRIM设置，所述航路控制模式需进行航向控制模式参数设置、RUDDER设置和CNT RUD设置，所述航向控制模式和所述航路控制模式均还需进行航行参数设置和YAWING设置，当海况大浪和大水流时，所述航向控制模式转变为所述航向控制修正模式，所述航向控制修正模式需进行航向控制修正模式参数设置、TRIMRUD设置和TRIN CNT设置，所述航路控制模式需进行TRACK设置，所述航向控制修正模式和所述航路控制模式均还需进行航行参数设置和TRIM YAW设置。

优选的，所述航向控制模式、所述航向控制修正模式、所述人工控制模式、所述航路控制模式和所述自动转向模式均可转变为所述航向/航路遥控模式。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型的一种自动操舵装置控制系统，通过设置所述给定航向与实际航向比较环节和所述航向偏差与舵角反馈比较环节，所述舵角反馈环节定时向所述航向偏差与舵角反馈比较环节发送舵角信息，所述控制器依据参数数据和舵角信息灵活发送控制指令，所述执行机构-舵依据指令进行调整，使所述调节对象—船恢复正确航向，参数灵活设定以适应不同海况，新型的自动操舵装置控制系统，通过设置所述控制模式，航行时可以根据不同的目的和需求灵活选择所述所述航向控制模式、所述航向控制修正模式、所述人工控制模式、所述航路控制模式、所述自动转向模式和所述航向/航路遥控模式，控制方便，操作灵活，大大降低工作人员工作负担，提高航海安全。

附图说明

图1为本实用新型的控制设备控制流程图；

图2为本实用新型中控制环节结构示意图；

图3为本实用新型中控制模式示意图；

图中：1-控制环节、11-航向给定环节、12-航向检测环节、13-给定航向与实际航向比较环节、14-航向偏差与舵角反馈比较环节、15-控制器、16-执行机构-舵、17-调节对象—船、18-舵角反馈环节、2-控制模式、21-航向控制模式、22-航向控制修正模式、23-人工控制模式、24-航路控制模式、25-自动转向模式、26-航向/航路遥控模式、3-控制设备、31-陀螺仪Gyro、32-航向日志Log、33-GPS、34-主机、35-舵角信号板、36-固态继电器、37-电磁阀、38-舵机、39-舵叶、310-航向信号板、311-电罗经、312-单片机。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1-3，一种自动操舵装置控制系统，包括控制环节1、控制模式2和控制设备3，控制环节1为一种自动操舵装置控制系统的控制环节，控制模式2为根据不同条件下所选择的控制模式，控制设备3为实现控制目的所需要的关键设备，控制环节1包括航向给定环节11、航向检测环节12、给定航向与实际航向比较环节13、航向偏差与舵角反馈比较环节14、控制器15、执行机构-舵16、调节对象—船17和舵角反馈环节18，航向给定环节11设置航线的航路信息和航向信息，航向检测环节12获取船舶航行的航向信息，给定航向与实际航向比较环节13将航向给定环节11和航向检测环节12的信息进行比较并生成航向偏差数据，舵角反馈环节18获得舵角反馈的数据，航向偏差与舵角反馈比较环节14将给定航向与实际航向比较环节13生成的航向偏差数据和舵角反馈环节18的舵角反馈数据进行比较，控制器15依据航向偏差与舵角反馈比较环节14的比较结果发出控制命令，执行机构-舵16接受控制器15的指令并依据指令改变姿态，通过执行机构-舵16的姿态改变调节对象—船17的航向方向进行调整，航向偏差与舵角反馈比较环节14、控制器15、执行机构-舵16、调节对象—船17和舵角反馈环节18组成一个闭环系统，控制模式2包括航向控制模式21、航向控制修正模式22、人工控制模式23、航路控制模式24、自动转向模式25和航向/航路遥控模式26，自动转向模式25为传统意义上的通过设置工作参数使船艏自动跟踪航向的工作模式，自动转向模式25为根据不同海况，设置另一套工作参数的航向控制模式，人工控制模式23与传统意义上的通过非随动杆或者随动手轮人工控制舵角不同，当船舶发生偏航或做避让动作时，只需要通过触摸键或旋钮在电脑显示器屏前来完成对舵角的控制，航路控制模式24为通过GPS的APB语句格式发送预先设置的航路段信息给自动舵，控制船舶的航路和航向的工作模式，自动转向模式25为周期性的按照预先设定的某一固定航向变哈自动转向的工作模式，适用于拖轮、渔船、游艇及工程和搜救作业等，航向/航路遥控模式26为船舶的航向和航路控制无需人工设置，而由航行系统和外部航路导航系统自动确定的工作模式，控制设备3包括主机34、舵角信号板35、固态继电器36、电磁阀37、舵机38、舵叶39、航向信号板310、电罗经311和单片机312，主机34和舵角信号板35进行信息传输，主机34经控制算法计算得出舵令,经由串行口送给舵角信号板35，舵角信号板35控制输出TTL信号,固态继电器36依据TTL信号控制电磁阀37，电磁阀37的数量为两个，两个电磁阀37分别开设于舵机38的左右两侧，舵角信号板35通过控制两个电磁阀37控制舵机38的动作，舵机38控制舵叶39的方向，航向信号板310和主机34进行信息传输获取主机34的初始航向设置，航向信号板310通过电罗经311的复式信号获取船舶的航向信息并与初始航向比较生成航向偏差数据，航向信号板310通过单片机312生成相同字符串格式将航向偏差数据定时发送给主机34。

在本实施方式中，通过设置给定航向与实际航向比较环节13和航向偏差与舵角反馈比较环节14，舵角反馈环节18定时向航向偏差与舵角反馈比较环节14发送舵角信息，控制器15依据参数数据和舵角信息灵活发送控制指令，执行机构-舵16依据指令进行调整，使调节对象—船17恢复正确航向，参数灵活设定以适应不同海况，新型的自动操舵装置控制系统，通过设置控制模式2，航行时可以根据不同的目的和需求灵活选择航向控制模式21、航向控制修正模式22、人工控制模式23、航路控制模式24、自动转向模式25和航向/航路遥控模式26，控制方便，操作灵活，大大降低工作人员工作负担，提高航海安全。

进一步，控制设备3还包括陀螺仪Gyro31、航向日志Log32和GPS33，陀螺仪Gyro31、航向日志Log32和GPS33均与主机34进行信息传输。

在本实施方式中，陀螺仪Gyro31、航向日志Log32和GPS33是检测航向，记载航行记录和检测航路的关键设备。

进一步，航向控制模式21和航路控制模式24均需进行基本参数设置，当选择航向控制模式21时，主机34连接陀螺仪Gyro31和航向日志Log32，并结合陀螺仪Gyro31和航向日志Log32的信息生成航向限定指令，当选择航路控制模式24时，主机34连接陀螺仪Gyro31、航向日志Log32和GPS33并结合陀螺仪Gyro31、航向日志Log32和GPS33的信息生成航路限定指令。

在本实施方式中，航向限定指令和航路限定指令保证了船舶不会偏离预定方向和航路。

进一步，航向控制模式21和航路控制模式24均还需通过静态设置确定最大舵角指示限制和转舵速率限制。

在本实施方式中，以避免船舶转舵时惯性过大给船体造成伤害。

进一步，航向控制模式21和航路控制模式24还均需进行动态参数设置，当海况轻浪、中浪和小水流时，航向控制模式21需进行XTE TRIM设置，航路控制模式24需进行航向控制模式参数设置、RUDDER设置和CNT RUD设置，航向控制模式21和航路控制模式24均还需进行航行参数设置和YAWING设置，当海况大浪和大水流时，航向控制模式21转变为航向控制修正模式22，航向控制修正模式22需进行航向控制修正模式参数设置、TRIM RUD设置和TRIN CNT设置，航路控制模式24需进行TRACK设置，航向控制修正模式22和航路控制模式24均还需进行航行参数设置和TRIM YAW设置。

在本实施方式中，不同的海况选择不同的航行模式和参数避免了海况不同造成控制系统控制的误差。

进一步，航向控制模式21、航向控制修正模式22、人工控制模式23、航路控制模式24和自动转向模式25均可转变为航向/航路遥控模式26。

在本实施方式中，当发生紧急情况或控制系统故障，航向/航路遥控模式26可以保障船员和船舶的安全。

本实用新型的工作原理及使用流程：本实用新型安装好过后，航行时进行基本参数设置并选择控制模式，当选择航向控制模式21时，主机34连接陀螺仪Gyro31和航向日志Log32，并结合陀螺仪Gyro31和航向日志Log32的信息生成航向限定指令，当选择航路控制模式24时，主机34连接陀螺仪Gyro31、航向日志Log32和GPS33并结合陀螺仪Gyro31、航向日志Log32和GPS33的信息生成航路限定指令，航向控制模式21和航路控制模式24还均需进行动态参数设置，当海况轻浪、中浪和小水流时，航向控制模式21需进行XTE TRIM设置，航路控制模式24需进行航向控制模式参数设置、RUDDER设置和CNT RUD设置，航向控制模式21和航路控制模式24均还需进行航行参数设置和YAWING设置，当海况大浪和大水流时，航向控制模式21转变为航向控制修正模式22，航向控制修正模式22需进行航向控制修正模式参数设置、TRIM RUD设置和TRIN CNT设置，航路控制模式24需进行TRACK设置，航向控制修正模式22和航路控制模式24均还需进行航行参数设置和TRIM YAW设置，通过设置给定航向与实际航向比较环节13和航向偏差与舵角反馈比较环节14，舵角反馈环节18定时向航向偏差与舵角反馈比较环节14发送舵角信息，控制器15依据参数数据和舵角信息灵活发送控制指令，执行机构-舵16依据指令进行调整，使调节对象—船17恢复正确航向，参数灵活设定以适应不同海况，新型的自动操舵装置控制系统，通过设置控制模式2，航行时可以根据不同的目的和需求灵活选择航向控制模式21、航向控制修正模式22、人工控制模式23、航路控制模式24、自动转向模式25和航向/航路遥控模式26，控制方便，操作灵活，大大降低工作人员工作负担，提高航海安全。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种自动操舵装置控制系统，其特征在于：包括控制环节(1)、控制模式(2)和控制设备(3)，所述控制环节(1)为一种自动操舵装置控制系统的控制环节，所述控制模式(2)为根据不同条件下所选择的控制模式，所述控制设备(3)为实现控制目的所需要的关键设备，

所述控制环节(1)包括航向给定环节(11)、航向检测环节(12)、给定航向与实际航向比较环节(13)、航向偏差与舵角反馈比较环节(14)、控制器(15)、执行机构-舵(16)、调节对象—船(17)和舵角反馈环节(18)，所述航向给定环节(11)设置航线的航路信息和航向信息，所述航向检测环节(12)获取船舶航行的航向信息，所述给定航向与实际航向比较环节(13)将所述航向给定环节(11)和所述航向检测环节(12)的信息进行比较并生成航向偏差数据，所述舵角反馈环节(18)获得舵角反馈的数据，所述航向偏差与舵角反馈比较环节(14)将所述给定航向与实际航向比较环节(13)生成的航向偏差数据和所述舵角反馈环节(18)的舵角反馈数据进行比较，所述控制器(15)依据所述航向偏差与舵角反馈比较环节(14)的比较结果发出控制命令，所述执行机构-舵(16)接受所述控制器(15)的指令并依据指令改变姿态，通过所述执行机构-舵(16)的姿态改变所述调节对象—船(17)的航向方向进行调整，所述航向偏差与舵角反馈比较环节(14)、所述控制器(15)、所述执行机构-舵(16)、所述调节对象—船(17)和所述舵角反馈环节(18)组成一个闭环系统，

所述控制模式(2)包括航向控制模式(21)、航向控制修正模式(22)、人工控制模式(23)、航路控制模式(24)、自动转向模式(25)和航向/航路遥控模式(26)，所述自动转向模式(25)为传统意义上的通过设置工作参数使船艏自动跟踪航向的工作模式，所述自动转向模式(25)为根据不同海况，设置另一套工作参数的航向控制模式，所述人工控制模式(23)与传统意义上的通过非随动杆或者随动手轮人工控制舵角不同，当船舶发生偏航或做避让动作时，只需要通过触摸键或旋钮在电脑显示器屏前来完成对舵角的控制，所述航路控制模式(24)为通过GPS的APB语句格式发送预先设置的航路段信息给自动舵，控制船舶的航路和航向的工作模式，所述自动转向模式(25)为周期性的按照预先设定的某一固定航向变哈自动转向的工作模式，适用于拖轮、渔船、游艇及工程和搜救作业等，所述航向/航路遥控模式(26)为船舶的航向和航路控制无需人工设置，而由航行系统和外部航路导航系统自动确定的工作模式，

所述控制设备(3)包括主机(34)、舵角信号板(35)、固态继电器(36)、电磁阀(37)、舵机(38)、舵叶(39)、航向信号板(310)、电罗经(311)和单片机(312)，所述主机(34)和所述舵角信号板(35)进行信息传输，所述主机(34)经控制算法计算得出舵令,经由串行口送给所述舵角信号板(35)，所述舵角信号板(35)控制输出TTL信号,所述固态继电器(36)依据TTL信号控制所述电磁阀(37)，所述电磁阀(37)的数量为两个，两个所述电磁阀(37)分别开设于所述舵机(38)的左右两侧，所述舵角信号板(35)通过控制两个所述电磁阀(37)控制所述舵机(38)的动作，所述舵机(38)控制所述舵叶(39)的方向，所述航向信号板(310)和所述主机(34)进行信息传输获取所述主机(34)的初始航向设置，所述航向信号板(310)通过所述电罗经(311)的复式信号获取船舶的航向信息并与初始航向比较生成航向偏差数据，所述航向信号板(310)通过所述单片机(312)生成相同字符串格式将航向偏差数据定时发送给所述主机(34)。

2.如权利要求1所述的一种自动操舵装置控制系统，其特征在于：所述控制设备(3)还包括陀螺仪Gyro(31)、航向日志Log(32)和GPS(33)，所述陀螺仪Gyro(31)、所述航向日志Log(32)和所述GPS(33)均与所述主机(34)进行信息传输。

3.如权利要求1所述的一种自动操舵装置控制系统，其特征在于：所述航向控制模式(21)和所述航路控制模式(24)均需进行基本参数设置，当选择所述航向控制模式(21)时，所述主机(34)连接所述陀螺仪Gyro(31)和所述航向日志Log(32)，并结合所述陀螺仪Gyro(31)和所述航向日志Log(32)的信息生成航向限定指令，当选择所述航路控制模式(24)时，所述主机(34)连接所述陀螺仪Gyro(31)、所述航向日志Log(32)和所述GPS(33)并结合所述陀螺仪Gyro(31)、所述航向日志Log(32)和所述GPS(33)的信息生成航路限定指令。

4.如权利要求1所述的一种自动操舵装置控制系统，其特征在于：所述航向控制模式(21)和所述航路控制模式(24)均还需通过静态设置确定最大舵角指示限制和转舵速率限制。

5.如权利要求1所述的一种自动操舵装置控制系统，其特征在于：所述航向控制模式(21)和所述航路控制模式(24)还均需进行动态参数设置，当海况轻浪、中浪和小水流时，所述航向控制模式(21)需进行XTE TRIM设置，所述航路控制模式(24)需进行航向控制模式参数设置、RUDDER设置和CNTRUD设置，所述航向控制模式(21)和所述航路控制模式(24)均还需进行航行参数设置和YAWING设置，当海况大浪和大水流时，所述航向控制模式(21)转变为所述航向控制修正模式(22)，所述航向控制修正模式(22)需进行航向控制修正模式参数设置、TRIM RUD设置和TRIN CNT设置，所述航路控制模式(24)需进行TRACK设置，所述航向控制修正模式(22)和所述航路控制模式(24)均还需进行航行参数设置和TRIM YAW设置。

6.如权利要求1所述的一种自动操舵装置控制系统，其特征在于：所述航向控制模式(21)、所述航向控制修正模式(22)、所述人工控制模式(23)、所述航路控制模式(24)和所述自动转向模式(25)均可转变为所述航向/航路遥控模式(26)。