DD156853A1 - METHOD AND DEVICE FOR OPTIMUM CONTROL OF SHIP DRIVES - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur energieoptimalen Fernsteuerung eines Schiffsantriebes mit wenigstens einer Hauptmaschine, die einen Verstellpropeller antreibt, wobei die Sollwerte von Motordrehzahl und Propellersteigung zunaechst unter Nutzung eines vorprogrammierten Zusammenhanges ueber einen gemeinsamen Manoeverhebel voreingestellt und anschliessend durch einen Extremwertregler in Zusammenwirken mit einem Lastregler automatisch solange schrittweise korrigiert werden, bis der bei vorgegebenem und waehrend der Extremwertsuche konstant gehaltenem Kraftstoffverbrauch fuer den quasistationaeren Betrieb maximal moegliche Propellerschub bzw. die maximal moegliche Schiffsgeschwindigkeit gefunden wurde.Damit wird trotz der sich staendig aendernden Einsatzbedingungen des Schiffes im gesamten Teillastbereich die guenstigste Drehzahl-Steigungs-Kombination gefahren und dadurch der Kraftstoffverbrauch beim Betrieb von Schiffsantriebsanlagen reduziert.The invention relates to methods and devices for energy-optimized remote control of a marine propulsion system with at least one main engine that drives a variable pitch propeller, wherein the setpoint engine speed and propeller pitch initially using a pre-programmed context via a common Manoeverhebel preset and then automatically by an extreme value controller in cooperation with a load controller as long as the fuel consumption for the quasi-stationary operation maximally possible propeller thrust or the maximum possible ship speed was found at a given and during the extreme value search. Thus, despite the constantly changing operating conditions of the ship in the entire part load range, the most favorable speed gradient Combination and thereby reduces fuel consumption when operating marine propulsion systems.
Description
Titel der ErfindungTitle of the invention
Verfahren und Vorrichtung zur optimalen Steuerung von SchiffsantriebenMethod and device for optimal control of ship propulsion
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur energieoptimalen Fernsteuerung eines Schiffsantriefaes mit wenig" stens einer Hauptmaschine, die einen Verstellpropeller an-= treibt, wobei die Sollwerte von Motordrehzahl und Propellersteigung zunächst durch getrennte Geber unabhängig voneinander oder wahlweise unter Hutzung eines vorprogrammierten Zusammenhanges zwischen Drehzahl und Steigung über einen gemeinsamen Manöverhebel als Drehzahl-ÖOeigungs-Kombination voreingestellt und anschließend automatisch solange korrigiert werden«, bis die bezüglich des Kraftstoffverbrauches günstigste Drehzahl-Steigungs-Kombination für die vom Be- · treiber im Teillastbereich der Schiffsantriebsanlage eingestellte Fahrstufe gefunden wurde.The invention relates to methods and devices for energy-optimized remote control of a Schiffsantriefaes with little 'most of a main engine, which drives a variable pitch =, wherein the target values of engine speed and propeller pitch first by separate donors independently or optionally by using a preprogrammed relationship between speed and slope be preset via a common lever as a speed-ÖOeigungs combination and then automatically corrected as long «until the most favorable in terms of fuel consumption speed-incline combination was found for the set by the operator in the partial load range of the ship propulsion system gear.
Die Anwendung der Erfindung ist bei Schiffsantriebsanlagen mit .Verstellpropellern möglich^ bei denen die statischen Kennlinien der Hauptmaschinen im zulässigen Betriebsbereich Extremwerte aufweisen und insbesondere zur Kraftstoffeinsparung bei Seeschiffen zweckmäßig, bei denen sowohl die Propellersteigung als auch die Drehzahl der als Hauptmaschine verwendeten Dieselmotoren ferngesteuert werden können.The application of the invention is possible in ship propulsion systems with .Verstellpropellern ^ where the static characteristics of the main engines in the allowable operating range have extreme values and particularly useful for saving fuel in oceangoing vessels where both the Propellersteigung and the speed of the diesel engine used as the main engine can be remotely controlled.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen.Characteristic of the known technical solutions.
Zur gemeinsamen Fernsteuerung von Dieselmotor und Verstell-For common remote control of diesel engine and adjustment
ββ
propeller werden nach dem Komhinatorprinzip aufgebaute meciianischej pneumatische oder elektronische Vorrichtungen verwendet, bei denen ein im voraus programmierter und in der Steuereinrichtung gespeicherter Zusammenhang von Drehzahl η und Propellersteigung H ( n~H~ZusammenJiang) in Abhängigkeit von der durch das Bedienungspersonal eingestellten jeweiligen Fahrstufe durch den unterlagerten Prehssahlregelkreis sowie den Steigungeregelkreis realisiert wird. Zur Vermeid dung unzulässiger Belastungszustände der Schiffsantriebsanlage sowie zur weitgehenden Berücksichtigung des Einflusses unterschiedlicher Betriebsbedingungen (z„B. Beladungszustand des Schiffes, Bewuchs des Schiffskörpers, Seegang,-u.a.) auf die jeweilige Lage des sich ständig verändernden optimalen n-H-Zusaramenhanges wird dieser im voraus programmierte Zusammenhang belastungsabhängig korrigiert. Zur Korrektur des n-H-Zusammenhanges vsird als Lastregler z.B.. ein I-Regler benutzt, an dessen Eingang der ebenfalls durch entsprechende Programmierung der Kombinatorsteuerung vorgegebene Füllungs-Sollwert F mit der.gemessenen augenblicklichen Füllung verglichen wird«, In Abhängigkeit von der auftretenden Regelabweichung bewirkt dieser Lastregler eine entsprechende Korrektur der Propellersteigung·, so daß- der vorprogrammierte n-H~Zusammenhang· letelieh durch einen fahrstufenabhängigen Drehzahl-IOllung-ZusaBimenhang (n-F~Zusamraenhang) korrigiert wird. According to the principle of propulsion, mechanical, pneumatic or electronic devices constructed according to the principle of propulsion are used, in which a relationship of speed η and propeller pitch H (n ~ H ~ ZusammenJiang) programmed in advance and stored in the control device is determined by the respective driving gear set by the operator subordinate Prehssahlregelkreis and the slope control loop is realized. To avoid inadmissible load conditions of the ship propulsion system and to largely take into account the influence of different operating conditions (eg "load state of the ship, vegetation of the hull, sea state, -ua) on the respective position of the ever-changing optimum NH-Zusarnamhanges this is programmed in advance Correlated load-dependent relationship. For the correction of the nH-relationship, the load controller used is, for example, an I-controller, at the input of which the filling setpoint F, which is likewise predetermined by appropriate programming of the combiner control, is compared with the measured instantaneous charge. "This is effected as a function of the occurring control deviation The load controller corrects the pitch of the propeller so that the preprogrammed gear ratio is corrected by a speed-dependent speed / speed addition (nF).
Der Vorteil einer derartigen automatischen belastungsabhängigen Korrektur des n-H-Zusammenhanges besteht darin, daß anstelle der breit gefächerten Kurvenschar von bezüglich des Gesamtvdrkungsgrades der Schiffsantriebsanlage günstigen n-H-Faiirkurven der viel weniger streuende n-F~Zusammenhang genutzt werden kanne Dabei wird in den bekannten Steuerungssystemen als technisch-ökonomischer Kompromiß die Kurvenschar günstiger n~F~Fahrkurven durch einen einsigen n-F-Zusammenhang als Funktion der eingestellten Fahrstufe ersetzt»The advantage of such an automatic load-dependent correction of the nH relationship is that can be used instead of the broad curves of respect to the Gesamtvdrkungsgrades the ship's propulsion plant favorable nH Faiirkurven the much less stray nF ~ related e Here, in the known control systems as technical- economic compromise the set of curves is more favorable ~ F ~ driving curves are replaced by a one-way nF connection as a function of the set driving position »
Zu den Nachteilen derartiger festprogramrnierter Steuerungssysteme Kahlen nicht nur des;' sehr- hohe Aufwand bei der Ermittlung der für das jeweilige Schiff günstigsten FahrkurvenThe disadvantages of such fixed-program control systems Kahl not only the; ' very high effort in determining the most favorable for each ship travels
und die fehlende Ubertragbarkeit der quantitativen Ergebnisse, sondern vorallem die fehlende automatische Programmkorrektur, Unzureichende a-priori-Informationen, Vereinfachungen bei der Programmierung und Fertigungstoleranzen, vor allem aber quantitativ nicht genau vorausschaubare Veränderungen der Lage des jeweiligen optimalen Arbeitspunktes durch sich ständig ändex-nde Betriebsbedingungen während des praktischen Einsatzes solcher Kombinatorsteuerungen bewirken, daß die vorhandenen Reserven für einen energieoptimalen Betrieb der Schiffsantriebsanlage nur unvollkommen ausgeschöpft werden. Bei einem adaptiven Steuerungssystem (GB-Patent Ur, 1210387$ Int* Kl* G 05 b 13/00) wird durch einen Extremwertregler zur Korrektur des vorprogrammierten n-H-Zusainmenhanges die Drehzahl schrittweise solange verändert und dabei der sieh im Ergebnis dieser Suchschritte ergebende Einfluß auf die Schiffsgeschwindigkeit durch einen zusätzlichen Geschwindigkeitsregler über eine entsprechende Korrektur der Propellersteigung kompensiert, bis bei der. im Teillsstbereich gefahrenen und durch den Geschwindigkeitsregelkreis konstant gehaltenen Schiffs geschwindigkeit eine solche n-H-Kombination gefunden wurde, bei der der Kraftstoffverbrauch am geringsten ist. Durch dieses adaptive. Steuerungssystem werden.einige prinzipielle Wachteile der Kombinatorsteuerungen weitgehend beseitigt. Die erforderliche präzise Bestimmung des Optimierungskriteriums geweils nach erneutem Erreichen des quasistationären Betriebszusta.ndes durch Messung des augenblicklichen Kraftstoffverbrauches bereitet allerdings erhebliche praktische Schwierigkeiten. Nachteilig sind bei diesem adaptiven Steuerungssystem auch die auftretenden relativ langen Suchzeiten für die Extremwert suche. ' . ;,.'and the lack of transferability of the quantitative results, but especially the lack of automatic program correction, inadequate a-priori information, simplifications in programming and manufacturing tolerances, but especially not quantitatively accurate predictable changes in the position of the respective optimal operating point by constantly ändex-nde operating conditions during the practical use of such combinator controls cause the existing reserves for energy-optimized operation of the ship propulsion system are only partially exhausted. In an adaptive control system (GB patent Ur, 1210387 $ Int * Kl * G 05 b 13/00) by an extreme value controller for correcting the preprogrammed nH Zusainmenhanges the speed changed stepwise as long and while the sieh as a result of these search results resulting influence the ship's speed is compensated by an additional speed regulator via a corresponding correction of the propeller pitch, until at the. in the Teillsstbereich driven and kept constant by the speed control loop ship speed such an n-H combination was found in which the fuel consumption is the lowest. Through this adaptive. Control system werden.einige principal parts of the combinator controls are largely eliminated. The required precise determination of the optimization criterion, however, after the quasi-stationary operating state has been reached again by measuring the instantaneous fuel consumption, however, presents considerable practical difficulties. Disadvantages of this adaptive control system are the relatively long search times that occur for the extreme value search. '. ;. '
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist eine solche automatische Fernsteuerung von Hauptmaschinen und Verstellpropellern, die trotz der sich ständig ändernden Einsatzbedingungen des Schiffes einen energieoptimalen Betrieb im gesamten Teillsstbereich sichert und damit den Kraftstoffverbrauch beim Betrieb von Schiffsantriebsanlagen reduziert. .The aim of the invention is such an automatic remote control of main engines and variable pitch propellers, which ensures energy-optimal operation in the entire Teillsstbereich despite the ever-changing conditions of use of the ship and thus reduces the fuel consumption in the operation of marine propulsion systems. ,
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Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen9 Bei deren Anwendung die beschriebenen Nachteile der bekannten Steuerungssysteme für Schiffsantriebsanlagen mit Verstellpropellern weitgehend beseitigt werden, . ' Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß durch ein sdaptives Steuerungssystem die im Teillastbereich teer,-^- vorgegebenem Kraftstoffverbrauch maximal mögliche Schiffsgeschwindigkeit oder wahlweise der größtmögliche Propellerschub durch automatische Drehzahl - und Steigungsvariation gesucht wird,·The invention has for its object to provide a method and a device to schaff 9 In the application of the described disadvantages of the known control systems for ship propulsion systems with variable pitch propellers are largely eliminated,. According to the invention, the object is achieved in that by a sdaptives control system in the partial load range tar, - ^ - predetermined fuel consumption maximum possible ship speed or optionally the largest possible propeller thrust by automatic speed and slope variation is sought,
Nach Vorgabe neuer 'Sollwerte für Motordrehzahl und Propeller-Steigung über zwei getrennte Fernsteuerzweige oder bei Verwendung einer herkömmlichen Kombinatorsteuerung stellt sich bei quasistationärem Betrieb ein den jeweiligen konkreten Betriebsbedingungen der Antriebsanlage entsprechender Kraftstoffverbrauch ein^ der zur Realisierung des vorgegebenen n-H- bzw« n-F-Zusammeniianges notwendig ist. Dieser, durch Einstellung des augenblicklichen Arbeitspunktes der Antriebsanlage vom Betreiber damit auch vorgegebene Kraftstoffverbrauch kann mit geeigneten Meßeinrichtungen direkt gemessen und als konstant zu haltender »Sollwert für die anschließende Extremwertsuche analog oder digital gespeichert werden«Following the specification of new engine speed and propeller setpoint values via two separate remote control branches or when using a conventional combiner control, quasi-steady-state operation produces a fuel consumption corresponding to the particular operating conditions of the propulsion system, which is necessary for realizing the predetermined nH or nF combination is. This, by setting the instantaneous operating point of the drive system by the operator thus predetermined fuel consumption can be measured directly with suitable measuring equipment and stored as a constant to be held »target value for the subsequent extreme value search analog or digital«
Anstelle der direkten Messung des sich unter quasistationären Bedingungen einstellenden Kraftstoffverbrauches kann auch eine dem Kraftstoffverbrauch proportionale Größe Z1B1 ein durch eine Muliplissiereinrichtung aus den Meßwerten von Füllung und Drehzahl berechnetes Produkt für die Optimierung genutzt werden* Das Kriterium für die Extremwertsuche lautet also wahlweisesInstead of the direct measurement of the fuel consumption occurring under quasistationary conditions, a fuel quantity proportional variable Z 1 B 1 can be used for optimization by a multiplier device from the measured values of charge and speed * The criterion for the extreme value search is thus optional
ν .v bei B « const (1)ν . v at B «const (1)
maxMax
S bei B a const . (2)S at B a const. (2)
maxMax
ν bei i? · η κ const (3)ν at i? · Η κ const (3)
max _ w/ max _ w /
S bei F - η a const (4)S at F - η a const (4)
maz v 'maz v '
Das Verfahren und die Vorrichtung zur optimalen Steuerung sind auch dadurch gekennzeichnet, daß nach Wahl eines neuen Arbeitspunktes der Schiffsantriebsanlage durchciden Betreiber zunächst die Ausführung dieser Stellbefehle abgewartet wird. Die sich dabei unter quasistationären Betriebsbedingungen ergebenden Istwerte von Drehzahl, Propellersteigung und Füllung sowie Schiffsgeschwindigkeit (oder Propellerschub) und Kraftstoffverbrauch stellen die Anfangsbedingungen für die anschließende Extremwertsuche dar.The method and the device for optimum control are also characterized in that after the selection of a new operating point of the ship propulsion system by ciden operator first the execution of these control commands is awaited. The actual values of rotational speed, propeller pitch and filling as well as ship speed (or propeller thrust) and fuel consumption resulting from quasi-stationary operating conditions represent the initial conditions for the subsequent extreme value search.
Mir die in Abhängigkeit vom gewählten Optimierungskriterium (1) bis (4) während der Extremwertsuche konstant zu haltende üiebenbedingung wird eine entsprechende Regeleinrichtung eingesetzt. Durch einen weiteren Regler, einen Extremwertregler, wird im Zusammenwirken mit den untergeordneten Regelkreisen der Drehzahl-Steigungs-Zusammenhang automatisch äonlange korrigiert, bis die für die jeweiligen konkreten Betriebsbedingungen der Schiffsantriebsanlage bei konstant gehaltenem Kraftstoffverbrauch im zulässigen Betriebsbereich maximal mögliche Schiffsgeschwindigkeit bzw. der maximal mögliche Propellerschub durch die Extremwertsuche gefunden wurde.For me the depending on the selected optimization criterion (1) to (4) during the extreme value search constant to be held üiebenbedingung a corresponding control device is used. By a further controller, an extreme value controller, the speed-slope relationship is automatically äonlange corrected in cooperation with the subordinate control loops until the maximum possible ship speed or the maximum possible propeller thrust for the respective specific operating conditions of the ship propulsion system with constant fuel consumption in the permissible operating range was found by the extreme value search.
Die Extremwertsuche kann schrittweise erfolgen und sowohl nach vorangegangenem getrennter Einstellung von Drehzahl und Propellersteigung als auch nach Festlegung der Anfangsbedingungen für ein Kombinatorprogramm einsetzen. Die Suchzeit ist dabei sowohl vom Abstand zwischen den Anfangsbedingungen und dem jeweiligen optimalen Arbeitspunkt als auch von dem der Steuerai;arichtung zugrunde liegenden Verfahren der Extremwertsuche abhängig. Zur Verbesserung der Regelgüte werdän erfindungsgemäß aber bei jedem Suchschritt gleichzeitig Drehzahl und Propellersteigung in der Weise verstellt, daß die in Übereinstimmung mit dem gewählten Optimierungskriterium (1) bis (4) konstant zu haltende Kebenbedingung gesichert ist. So ist z.B. eine Drehzahlerhöhung bei einem Suchschritt mit einer solchen Füllungsreduzierung verbunden, die nach Ausführung dieses Suchschrittes ein unverändertes Produkt aus Füllung und Drehzahl bzw. einen unveränderten Kraftstoffverbrauch ergibt. Vorzeichen und Größe des jeweils nächsten Suchschrittes werden vom zeitlichen Verlauf derThe extreme value search can be carried out step by step and can be used after a previous separate setting of speed and propeller pitch as well as after determining the initial conditions for a combinator program. The search time depends both on the distance between the initial conditions and the respective optimal operating point and on the method of extreme value search on which the control system is based. To improve the control quality werdän according to the invention but adjusted simultaneously in each search step speed and pitch of the propeller in such a way that in accordance with the selected optimization criterion (1) to (4) kept constant Kebenbedingung. For example, e.g. a speed increase in a search step associated with such a charge reduction, which results in an unchanged product of filling and speed or an unchanged fuel consumption after execution of this search step. The sign and size of the next search step are determined by the time course of the
der Schiffsgeschwindigkeit bzw» vom Propellerschub abhängig gemacht οthe speed of the ship or »depends on the propeller thrust ο
Die Vorrichtung zur optimalen Steuerung des Schiffsantriebes enthält ^e einen Fernsteuerzweig zur getrennten Fernsteuerung von Motordrehzahl und Propellersteigung, einen Manövrierhebel mit funktionell nachgeschalteten Programmträger zur gemeinsamen Vorgabe günstiger Sollwerte für Motordrehzahl und Propellerst^igung, einen Grenzlastregler zur Verhinderung unzulässiger Betriebszustände, eine Korrektureinrichtung zum schnellen Durchfahren kritischer Drehzahlbereiche? Steuer- und Regeleinrichtungen zur Stabilisierung des während öer Extremwert suche konstant zu haltenden Kraftstoffverbrauches, sowie einen Extremwertregler zur Suche der bezüglich des gewählten Optimierungskriteriums günstigsten Drehzahl"Steigungs-Kombination.The device for optimum control of the marine propulsion system includes a remote control branch for separate remote control of engine speed and propeller pitch, a maneuvering lever with functionally downstream program carrier for common specification of favorable engine speed and propeller pitch, a limit load regulator to prevent improper operating conditions, a correction device for fast passage critical speed ranges ? Control and regulating devices for stabilizing the fuel consumption to be kept constant during the extreme value search, as well as an extreme value controller for searching the rotational speed "slope combination which is the most favorable with respect to the selected optimization criterion .
Ausführungsbeispielembodiment
Anhand von zwei Auaführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert.On the basis of two exemplary embodiments, the invention will be explained in more detail.
Gemäß der dazugehörenden Zeichnung Pig, 1 werden in Abhängigkeit der vom Bedienungspersonal am Pernüedienungsgeber 1 eingestellten Fahrstufe über eine Hochfahrautomatik 2 und die drei !Sollwertgeber 4,5 und 6 die Sollwerte für den untergeordneten Drehzahlregelkreis $ die Propellersteigung sowie den Lastregelkreis vorgegeben» Der funktionelle Zusammenhang zwischen diesen Sollwerten ist nach bekannten theoretischen oder experimentellen Verfahren fahrstufenabhängig im voraus pro- · graminiert worden. Bei Fahrstufenwechsel sichert die Hobhfahrautomatik 2 eine ausreichend langsame Veränderung der Sollwerte und damit eine schonende Fahrweisee Die Baugruppen 1 bis 5 sind auch Bestandteile herkömmlicher Kombinatorsteuerungen$ sodaß eine derartige auf Schiffen eingesetzte Kombinato3?steuerung zur Vorgabe dieser drei Sollwerte benutzt werden kann» .According to the associated drawing Pig, 1, the setpoint values for the subordinate speed control loop $ the propeller pitch as well as the load control loop are set by means of a powered-up automatic 2 and the three! Setpoint transmitters 4, 5 and 6, depending on the driving level set by the operator on the remote control transmitter 1 These nominal values have been pro- grammed in advance in accordance with known theoretical or experimental methods, depending on the driving stage. When driving gear changes the Hobhahrautomatik 2 ensures a sufficiently slow change in the setpoints and thus a gentle driving e The modules 1 to 5 are also part of conventional Kombinatorsteuerungen $ so that such a ship-mounted Kombinato3? Control can be used to specify these three setpoints.
Der öollviert für die Motordrehzahl wird am Eingang des Drehzahlreglers 8 der Hauptraaschine 15 mit der durch die Drehzahlmeß einrichtung 12 gemessen.--en Drehzahl verglichen» Das Aus™The Öollviert for the engine speed is at the input of the speed controller 8 of the main engine 15 with the device through the speed measuring 12 measured .-- en speed compared »The Off ™
gangssignal des Drehzahlreglers, der z.B. ein PI-oder PID-Verhalten besitzt, bewirkt über den Drehzahlstellantrieb 10 solange eine Füllungsveränderung, bis die gemessene Drehzahl genau mit dem vorgegebenen Sollwert übereinstimmt. Der durch den Sollwertgeber 3 vorgegebene Drehzahlsollwert kann durch den Extremwertregler 7 korrigiert werden.speed signal of the speed controller, e.g. has a PI or PID behavior causes via the speed control actuator 10 as long as a filling change until the measured speed matches exactly with the predetermined setpoint. The predetermined speed setpoint by the setpoint generator 3 can be corrected by the extreme value controller 7.
Am Eingang des mit dem Verstellpropeller 16 verbundenen Steigungsstellantriebes 14 liegt die Summe der Ausgangssignale des Sollwertgebers für die Propellersteigung 4 sowie des Lastreglers 9 an. Als Lastregler kann z.B. ein I-Regler mit umschaltbaren Integrationszeitkonstanten verwendet werden. Am Eingang des Lastreglers 9 wird die mit dem Füllungsistwertgeber 11 gemessene Füllung mit der über den Sollwertgeber 5 fahrstufenabhängig vorgegebenen Füllung verglichen«, Der Füllungssollwert kann ebenfalls durch den Extremwertregler 7 korrigiert werden«At the entrance of the associated with the variable pitch 16 pitch actuator 14 is the sum of the output signals of the setpoint generator for the propeller pitch 4 and the load controller 9. As a load regulator, e.g. an I-controller with switchable integration time constants can be used. At the input of the load controller 9, the filling measured with the filling actual value transmitter 11 is compared with the filling predetermined via the setpoint generator 5 as a function of the setpoint. The filling setpoint value can likewise be corrected by the extreme value controller 7.
Solange bei abgeschaltetem Extremwertregler auch das Ausgangssignal des Lastreglers 9 Mull ist, wird somit die Antriebsanlage durch den untergeordneten Drehzahlregelkreis sowie den Steigungsregelkreis nach dem vorprogrammierten n~H~Zusammenhang^gefahren. Weicht die gemessene Füllung vom ebenfalls vorprogrammierten Sollwert ab, dann korrigiert der Lastregler über die Propellersteigung die Belastung der Antriebsanlage solange, bis der ebenfalls vorprogrammierte n-F-Zusammenhang realisiert wurde.As long as the output signal of the load controller 9 is Mull with switched off extreme value controller, thus the drive system is driven by the subordinate speed control loop and the pitch loop after the pre-programmed n ~ H ~ context ^. If the measured filling deviates from the also pre-programmed setpoint value, then the load controller corrects the load on the drive system via the propeller pitch until the likewise preprogrammed n-F connection has been realized.
Das Zeitglied 6 ist so eingestellt, daß der Extremwertregler nach einem Fahrstufenwechsel erst nach Erreichen des neuen quasistationären Zustandes, das heißt nach Realisierung des neuen n-F-Zusammenhanges wieder aktiviert wird. Das auf Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel dient zur automatischen Suche des bei konstantem Produkt Füllung mal Drehzahl maximal möglichen Propellerschubes (Kriterium 4 der Extremwertsuche). An den Extremwertregler 7 sind deshalb zur Bereitstellung der benötigten Meßwerte der Füllungsistwertgeber 11, die Drehzahlmeßeinrichtung 12 sowie die Schubmeßeinrichtung 13 angeschlossen.The timer 6 is set so that the extreme value controller after a speed level change only after reaching the new quasi-stationary state, that is, after the realization of the new n-F relationship is activated again. The embodiment shown in FIG. 1 is used for the automatic search of the maximum product filling times speed maximum possible propeller thrust (criterion 4 of extreme value search). To the extreme value controller 7, therefore, the filling actual value transmitter 11, the speed measuring device 12 and the push measuring device 13 are connected in order to provide the required measured values.
Der Extremwertregler 7 enthält eine Multipliziereinrichtung, Filter, Speicher, Vergleicher, Begrenzerverstärker, zwei Sollwertgeber, ©ine Korrektureinrichtung zum schnellen DurchfahrenThe extreme value controller 7 contains a multiplier, filter, memory, comparator, limiter amplifier, two setpoint generator, © quick correction correction device
kritischer Drehzahlbereiche sowie ein Steuerteil zur Koordinierung des Zusammenwirkens der einzelnen Baugruppen» Zum ' Aufbau eines derartigen Extremwertreglers kann man die aufgezählten Funktionseinheiten entweder aus einzelnen, bekannten Bauelementen und Baugruppen zusammenstellen oder auch einen Mikrorechner verwenden,Critical speed ranges and a control part for coordinating the interaction of the individual modules »For 'construction of such an extreme value controller you can put together the enumerated functional units either of individual, known components and assemblies or use a microcomputer,
Die unter Verwendung von Multipliziereinrichtung und Filter auä den Meßwerten von Füllung und Drehzahl ermittelte Größe, die in dem betriebenen Ausführungsbeispiel Fig« 1 die kontinuierliche Kraftstoff Verbrauchsmessung ersetzt, wird durch den Extremwertregler während der Extremwertsuche konstant gehalten« .Dazu werden durch den Bxtrernwertregler in Auswertung der aktuellen Meßwerte von Füllung und Drehzahl der durch den Sollwertgeber 3 bereitgestellte Drehzahl-Sollwert sowie der vom Sollwertgeber für den Lastregelkreis 5 bereitgestellte Füllungssollwert über entsprechende Mischstellen gleichzeitig so korrigierts daß nach Ausführung dieses durch den Extremwertregler korrigierten n-F-Zusaramenhanges ein unveränderter Kraftstoffverbrauch erwartet wird«, Dieser Sollwert steuerung ist eine Regelung in der Weise funktionell nachgeschaltet j daß in Abhängigkeit von dem sich nach Ausführung dieser veränderten Sollwerte wirklich ergebenden Kraftstoffverbrauch eine Feinkorrektur· durch geringfügige weitere Veränderung der Solldrehzahl oder der Sollfüllung vom Extremwertregler vorgenommen wird.The magnitude determined using multiplier and filter on the measurements of charge and speed, which replaces the continuous fuel consumption measurement in the operated embodiment Fig. 1, is kept constant by the extreme value controller during the extreme value search. In addition, the bxder value controller evaluates the fuel consumption current measured values of charge and rotational speed of the provided by the setpoint generator 3 speed setpoint as well as the provided by the setpoint generator for the load control circuit 5 charge desired value via appropriate mixing points simultaneously corrected s that, after execution of this corrected by the extreme value controller nF Zusaramenhanges an unchanged fuel consumption is expected " This setpoint control is functionally followed by a control in such a way that, depending on the actual fuel consumption resulting from the execution of these changed setpoint values, a fine grain is made by slight further change of the setpoint speed or the desired filling of the extreme value controller.
Aus dem beschriebenen Zusammenwirken von Extremwertregler, Drehzahlregelkreis und Lοsi;regelkreis ist ersichtlich, daß der Kraftstoffverbrauch durch eine Festwertregelung während der- Extremwertsuche konstant gehalten wird und dabei über eine Veränderung der Sollwerte von Motordrehzahl und Füllung der Arbeitspunkt der Schiffsantriebsanlage, gekennzeichnet durch den realisierten Drehzahl-Steigungs-Zusammenhangj variiert werden kann.From the described interaction of extreme value controller, speed control loop and loop, it can be seen that the fuel consumption is kept constant by a fixed value control during the extreme value search, and the operating point of the ship propulsion system is characterized by a change in the setpoint values of engine speed and charge, characterized by the realized rotational speed. Slope-relatedj can be varied.
Die Extremwertsuche erfolgt nach einem Suchschrittverfahren« Das vereinfacht die Meßwerterfassung und - verarbeitung und reduziert den Verschleiß der Stelleinrichtungen« Vorzeichen und Größe des jeweils nächsten Suchschrittes werden dabei vom Vergleich des gemessenen 3?ropellerschubes vor und nach der vorangegangenen Änderung der bed. konstantem Kraftstoff-The extreme value search is carried out according to a search step procedure "This simplifies the data acquisition and processing and reduces the wear of the control devices." The sign and size of the next search step are determined by comparing the measured 3? Ropeller thrust before and after the previous change. constant fuel
verbrauch gefahrenen Drehzahl-Steigungs-Kombination abhängig gemacht. Die maximale Schrittweite und der Anderungsbereich der Sollwerte von Drehzahl und .Füllung werden dabei innerhalb des Extremwertreglers begrenzt.consumption driven speed-slope combination made dependent. The maximum step size and the range of change of the setpoint values of speed and .filling are thereby limited within the extreme value controller.
Besitzt der Propellerschub innerhalb des vorgegebenen Korrekturbereiches ein Maximum, dann nähert sich der Arbeitspunkt mit immer kleiner werdenden Suchschritten diesem Extremwert. In unmittelbarer Nahe des Extremwertes werden damit die erreichbaren Verbesserungen so klein, daß eine vorhandene oder künstlich geschaffene Ansprechschwelle unterschritten wird und weitere Suchschritte unterbleiben. Damit ist der unter den augenblicklichen konkreten Bedingungen erreichbare maximale Propellerschub gefunden. Bei Vorgabe einer neuen Fahrstufe bzw, bei einer durch Störgrößeneinflüsse hervorgerufenen Veränderung der Meßwerte wird die Extremwertsuche automatisch wieder aufgenommen. .If the propeller thrust has a maximum within the specified correction range, then the operating point approaches this extreme value with ever smaller search steps. In the immediate vicinity of the extreme value so that the achievable improvements are so small that an existing or artificially created threshold is exceeded and avoid further search steps. Thus, the achievable under the current concrete conditions maximum propeller thrust is found. When specifying a new gear stage or, in the case of a change in the measured values caused by influence of disturbance variables, the extreme value search is automatically resumed. ,
Liegt der Extremwert außerhalb des vorgegebenen Sollwertkorrekturbereiches bzw. innerhalb eines kritischen Drehzahlbereiches, dann wird die Extremwertsuche an der Bereichsgrenze unterbrochen, die näher am Extremwert liegt. Muß während der Extremwertsuche ein kritischer Drehzahlbereich durchfahren werden, dann sorgt die zum Extremwertregler 7 gehörende Korrektureinrichtung für eine Vergrößerung des Suchschrittes, damit dieser kritische Drehzahlbereich mit einem Schritt schnell durchfahren wird« Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel zur Realisierung der Erfindung wird die bei vorgegebenen und konstant gehaltenem Kraftstoffverbrauch maximal mögliche Schiffsgeschwindigkeit automatisch gesucht. Gemäß der dazugehörenden Zeichnung 3?ig. 2 sind an die Eingänge des Extremwertreglers 7 die Sollwertgeber für die Motordrehzahl 3 und für den Lastregelkreis 5 sowie die Meßeinrichtung für die Schiffsgeschwindigkeit und das Zeitglied 6 angeschlossen, Aufbau und Zusammenwirken der Baugruppen 1 bis 6 sowie 9» 11, 14 und 16 unterscheiden sich nicht von dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel.If the extreme value lies outside the specified setpoint correction range or within a critical rpm range, then the extreme value search is interrupted at the range limit which is closer to the extreme value. If a critical speed range must be traversed during the extreme value search, then the correction device belonging to the extreme value controller 7 ensures an enlargement of the search step, so that this critical speed range is traversed quickly with one step. In a further exemplary embodiment for realizing the invention, the correction is maintained at a given and constant Fuel consumption maximum possible ship speed automatically searched. According to the associated drawing 3? Ig. 2 are connected to the inputs of the extreme value controller 7, the setpoint generator for the engine speed 3 and for the load control circuit 5 and the measuring device for the ship speed and the timer 6, construction and interaction of the modules 1 to 6 and 9 »11, 14 and 16 do not differ from the embodiment shown in Fig. 1.
.Der in Pig. 2 dargestellte Drehzahlregelkreis zeigt einen mit dem Dieselmotor 15 mechanisch verbundenen Drehzahlregler 8, an dessen Eingang der Drehzahlstellantrieb ange-.The one in Pig. 2 speed loop shown mechanically connected to the diesel engine 15 mechanically connected speed controller 8, at the input of the speed control actuator ange-
fig.fig.
schlössen ist (10), Eine derartige Anordnung ist zum Beispiel bei Verwendung eines mechanischHiyärgiullschen Drehzahlreglers typisch, bei dem der Drehzahlsollwert über einen elektromechanischen Stellantrieb fernverstellt vdrd, (10) Such an arrangement is typical, for example, when using a mechanical Hiiga zerullull speed controller in which the speed setpoint is remotely controlled via an electromechanical actuator,
Die Stabilisierung des Kraftstoffverbrauches während der Extremwertsuche erfolgt im Gegensatz zum vorangegangenen Ausführungsbeispiel nicht durch eine Pestwertregelung, sondern durch eine gesteuerte gemeinsame Veränderung der Sollwerte für den Drehzahl - und. lastregelkreis» Dazu wird im Eztremwertregler 7 nach jedem Fahrstufenwechsel durch Multiplikation der von den Sollwertgebern 3 und 5 abgegriffenen Ausgangssignale der während der Extremwertsuche konstant zu haltende Kraftstoffverbrauch berechnet„ Diese Berechnung des Kraftstoffsollwertes aus dem Korabinatorprogramm kann entfallen, wenn der Hochfahrautomatik 2 ein zusätzlicher Sollwertgeber ZUT fahrstufenabhängigen Vorgabe des Kraftstoff-Sollwertes für den Extremwertregler nachgeschaltet ist. Während der Extremwertsuche werden die Sollwerte für äen Drehzahl - und Lastregelkreis durch den Extremwertregler schrittweise so korrigiert, daß das Produkt der durch diese untergeordneten Regelkreise zu realisierenden Sollwerte konstant bleibt,» In Übereinstimmung mit Pig,. 2 ist also das Multiplikationsergebnis der Ausgangssignale der Sollwertgeber 3 und 5 identisch mit dem bei Multiplikation des sum™ maren Eingangssignals des·Drehzahlstellantriebes 10 mit der am positiven Eingang der Mischstelle vor dem Lastregler.9 anliegenden sumraaren Führungsgröße für den Lastregelkreis leicht kontrollierbarem Werts dehe . .The stabilization of the fuel consumption during the extreme value search is carried out in contrast to the previous embodiment not by a Pestwertregelung, but by a controlled common change in the setpoints for the speed - and. load control circuit »For this purpose, the fuel consumption calculated during the extreme value search is calculated in the Etreme value controller 7 by multiplication of the output signals picked up by the desired value generators 3 and 5." This calculation of the fuel setpoint from the Korabinator program can be omitted if the Hochfahrautomatik 2 an additional setpoint generator ZUT driving level dependent Default of the fuel setpoint for the extreme value controller is connected downstream. During the extreme value search , the setpoint values for the speed and load control loop are gradually corrected by the extreme value controller in such a way that the product of the setpoint values to be realized by these subordinate control circuits remains constant. 2 is thus the multiplication result of the output signals of the setpoint generator 3 and 5 identical to the sum of the sum input signal of the speed control 10 with the sum of the sum input signal of the mixing point before the Lastregler.9 applied sumraaren reference variable for the load control loop easily controllable value s d e h e . ,
n,, ,-.·- J1Q-^iT ^ ( nQ η Ί-Δη,, J(P,, % ^n-. Ί) β const »soll Soll boll Soll ooll doj1n ,,, - · · J 1 Q- ^ iT ^ ( n Q η Ί -Δη ,, J (P ,, % ^ n -. Ί ) β const »shall be boll Soll ooll doj1
»s's
oll Soll boll Soll ooll doj.1.oll target boll target ooll doj.1.
Bei Verwendung eines integrierend wirkenden Lastreglers 9 und eines PI-Drehzahlreglers kann für den quasistationären Betriebszustand die genaue Übereinstimmung der durch den Extremwertregler 7 korrigierten Sollwerte mit den gemessenen Istwerten von Drehzahl und lullung vorausgesetzt werden. Durch daa Steuerteil im Bxtremwertregler wird deshalb der zeitliche Abstand zwischen zwei Suchschritten"so groß gewählt ? daß die Ermittlung- des Geschwindigkeitszuwachses" zur Festlegung von Vorzeichen und Größe des nächsten Such-When using an integrating load controller 9 and a PI speed controller, the exact match of the setpoint values corrected by the extreme value controller 7 with the measured actual values of speed and zeroing can be assumed for the quasi-stationary operating state. Therefore, the time interval between two search steps "so large? Ermittlung- that the speed of the growth" by daa control part in Bxtremwertregler establishing the sign and magnitude of the next search
Schrittes jeweils für den eingeschwungenen Zustand vorgenommen wird. Bei großer Entfernung des Arbeitspunktes vom Extremwert ist eine schnellere Schrittfolge möglichrStep is always made for the steady state. If the working point is far from the extreme value, a faster sequence of steps is possible
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD22826481A DD156853A1 (en) | 1981-03-13 | 1981-03-13 | METHOD AND DEVICE FOR OPTIMUM CONTROL OF SHIP DRIVES |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD22826481A DD156853A1 (en) | 1981-03-13 | 1981-03-13 | METHOD AND DEVICE FOR OPTIMUM CONTROL OF SHIP DRIVES |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD156853A1 true DD156853A1 (en) | 1982-09-22 |
Family
ID=5529591
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DD22826481A DD156853A1 (en) | 1981-03-13 | 1981-03-13 | METHOD AND DEVICE FOR OPTIMUM CONTROL OF SHIP DRIVES |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DD (1) | DD156853A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3305766A1 (en) * | 1983-02-19 | 1984-08-23 | Manfred 6401 Kalbach Pitsch | Method for minimising energy costs, and a maximum load monitor for carrying it out |
| WO2019011779A1 (en) * | 2017-07-14 | 2019-01-17 | Lean Marine Sweden Ab | Method for controlling the propulsion of a ship |
-
1981
- 1981-03-13 DD DD22826481A patent/DD156853A1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE3305766A1 (en) * | 1983-02-19 | 1984-08-23 | Manfred 6401 Kalbach Pitsch | Method for minimising energy costs, and a maximum load monitor for carrying it out |
| WO2019011779A1 (en) * | 2017-07-14 | 2019-01-17 | Lean Marine Sweden Ab | Method for controlling the propulsion of a ship |
| US11383811B2 (en) | 2017-07-14 | 2022-07-12 | Lean Marine Sweden Ab | Method for controlling the propulsion of a ship |
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Legal Events
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