ES2642405T3 - Dispositivo de control de giro para dispositivo de propulsión de barcos - Google Patents

Dispositivo de control de giro para dispositivo de propulsión de barcos Download PDF

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ES2642405T3
ES2642405T3 ES13844375.9T ES13844375T ES2642405T3 ES 2642405 T3 ES2642405 T3 ES 2642405T3 ES 13844375 T ES13844375 T ES 13844375T ES 2642405 T3 ES2642405 T3 ES 2642405T3
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Masanori Kodera
Shinichi Tanaka
Koji Takei
Koichi Shiraishi
Kazuhisa Higuchi
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Niigata Power Systems Co Ltd
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Description

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DESCRIPCION
Dispositivo de control de giro para dispositivo de propulsion de barcos
La presente invencion se refiere a una unidad de control de giro en la forma de un sistema de direccion que proporciona un control de giro de una maquina de propulsion marina que esta equipada con una funcion de propulsion y una funcion de direccion y que se conoce, en su conjunto, como empujador azimutal o dispositivo similar, tal como un sistema de propulsion del tipo Z, un sistema de propulsion del tipo L y un sistema de propulsion de gondola. En particular, la presente invencion se refiere a una unidad de control de giro electrica que incluye una pluralidad de servomotores de CA [corriente alterna -“AC (Alternating Current)”-] que comparten la carga de forma igualitaria y que pueden mantenerse funcionando suavemente en el caso de fallo de cualquiera de los servomotores de CA.
Tecnica anterior
Hasta el presente, se ha venido utilizando comunmente un aparato de giro hidraulico en una maniobra de giro por medio del empujador azimutal tal como el sistema de propulsion del tipo Z o en sistema de propulsion de gondola. El aparato de giro hidraulico convencional tiene una estructura complicada en la que dispositivos hidraulicos que incluyen una bomba hidraulica, una servovalvula, un filtro de succion, un deposito de aceite y dispositivos similares estan interconectados por medio de tubenas. El aparato de giro hidraulico tambien adolece de ensuciamiento y efectos similares debidos a las fugas de aceite. Siempre que se produzca un fallo, el aparato requiere de trabajos de reparacion o de mantenimiento para la purga de aire o el llenado con aceite y otras acciones similares, que pueden, en ocasiones, constituir un obstaculo para el funcionamiento estable de los dispositivos.
A fin de eliminar la complejidad de la estructura y la complicacion del trabajo de mantenimiento, los presentes Solicitantes han trabajado con el mayor de los esfuerzos para inventar la unidad de control de giro que emplea un motor electrico en lugar de presion hidraulica para hacer girar el empujador azimutal. El siguiente documento de Literatura Patente 1 divulga una unidad de control de giro para empujador azimutal propuesta por los presentes Solicitantes. Un proposito de la invencion divulgada consiste en proporcionar una unidad de control de giro que es menos probable que pierda el control, en virtud de los servomotores de CA, y que tiene una alta precision de seguimiento. De acuerdo con esta invencion, una placa de control de giro calcula una orden de velocidad del motor basandose en una desviacion entre una senal de manejo procedente de una palanca de mando y una senal de realimentacion procedente de un sensor, y simultaneamente transmite un resultado del calculo, como esa misma senal digital, a una pluralidad de servoamplificadores de CA por medio de comunicaciones digitales.
La Figura 5 es un diagrama de bloques que muestra una configuracion de este servoamplificador 10. Una lectura de la velocidad del motor, transmitida desde la placa de control de giro precedente, es transmitida a una etapa subsiguiente a traves de un limitador 101 que suministra un lfmite de velocidad. El servomotor de CA 102 esta provisto de un sensor 103 para medir la velocidad del motor. La senal de realimentacion procedente de este sensor 103 se convierte en una senal de tension por medio de un convertidor de frecuencia en tension 104. Un comparador 105 calcula una desviacion entre la lectura de la velocidad del motor suministrada por medio del limitador 101 y la senal de realimentacion convertida en la senal de tension. Una unidad de control (regulador PID [proporcional, integral y derivativo]) 106 calcula el valor de orden de velocidad del motor de acuerdo con la desviacion. Este valor de orden de velocidad del motor es suministrado a un amplificador de corriente 108 a traves de un limitador 107, y amplificado por el amplificador de corriente 108. El valor de orden resultante es aportado al servomotor de CA 102.
Incluso aunque se ensamble con varios pares de servoamplificadores de CA 100 y servomotores de CA 102, esta unidad de control de giro esta configurada para controlar cada par de servoamplificador de CA y servomotor de CA de forma independiente. En caso de que cualquiera de los servoamplificadores de CA falle, la unidad de control, en su conjunto, no pierde el control.
Lista de citas
Literatura Patente
Documento de Literatura Patente 1: JP-A N° 2010-58741
El documento WO 02/47973 se refiere a una helice de direccion que puede hacerse rotar por medio de dos motores de control electricos.
Compendio de la invencion
Problema tecnico
De acuerdo con la invencion propuesta por los presentes Solicitantes en el anterior documento de Literatura Patente 1, unos pinones respectivos (P1, P2) de los diversos servomotores de CA se engranan con una rueda de engranaje de corona circunferencial G desde el interior, como se muestra en la Figura 6. La rueda de engranaje de corona G esta dispuesta en un mecanismo de accionamiento giratorio del empujador azimutal. El mecanismo de
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accionamiento giratorio esta construido de tal manera que se transmite una fuerza de accionamiento de cada servomotor de CA 102 a la rueda de engranaje de corona G a traves de cada pinon P, a fin de hacer girar el empujador azimutal. Tal como se muestra en la Figura 6, sin embargo, existe una holgura en el engrane entre el pinon P accionado por el servomotor de CA y la rueda de engranaje de corona G del empujador azimutal. Por otra parte, cada uno de los varios servomotores de CA 102 esta independientemente sujeto a un control de velocidad. En algunos casos, por lo tanto, gran parte de la carga puede ser aplicada a uno particular de los servomotores de CA, dependiendo de si un flujo de agua externo ejerce una fuerza de retroceso o una fuerza de avance del empujador azimutal. Esto es una circunstancia indeseable. En la Figura 6, el pinon de la izquierda P2 tiene una holgura en el engrane y, por tanto, se encuentra practicamente en un estado sin carga.
La presente invencion acomete el problema antes descrito de la tecnica anterior y tiene el proposito de proporcionar una unidad de control de giro electrica que incluye una pluralidad de servomotores de CA, la cual permite que los servomotores de CA individuales compartan la carga de manera igualitaria y puedan proseguir con un funcionamiento suave en caso de que falle cualquiera de los servomotores de CA.
Solucion al problema
En una unidad de control de giro para una maquina de propulsion marina de acuerdo con la reivindicacion 1, una unidad de control de giro para controlar una maquina de propulsion marina que incluye una helice accionada a rotacion y que esta montada de forma giratoria en una embarcacion marina para ajustar la direccion de propulsion, incluye:
una palanca de mando, dispuesta para suministrar como salida una senal de palanca indicativa de una posicion de giro de la maquina de propulsion marina mediante el ajuste de la posicion de giro de la misma;
un sensor, dispuesto para detectar la posicion de giro de la maquina de propulsion marina y suministrar como salida una senal de realimentacion;
medios de control, dispuestos para calcular una desviacion entre la senal de palanca suministrada como salida desde la palanca de mando y la senal de realimentacion suministrada como salida desde el sensor, de tal manera que los medios de control estan dispuestos, adicionalmente, para calcular una lectura de la velocidad del motor de acuerdo con la desviacion y, simultaneamente, transmitir la lectura de la velocidad del motor como esa misma senal digital, a una pluralidad de objetos a traves de comunicaciones digitales;
una pluralidad de servoamplificadores de CA, dispuestos, cada uno de ellos, para recibir la lectura de la velocidad del motor simultaneamente transmitida como esa misma senal digital desde los medios de control, a traves de las comunicaciones digitales, y suministrar como salida un valor de orden de velocidad del motor de acuerdo con la lectura de la velocidad del motor; y
una pluralidad de servomotores de CA, cada uno de los cuales se ha dispuesto para ser accionado en respuesta al valor de orden de velocidad del motor procedente de cada uno de los servoamplificadores de CA, al objeto de hacer girar la maquina de propulsion marina, y se caracteriza por que cada servoamplificador de CA incluye medios de calculo de carga para calcular una magnitud de carga a partir de un valor de la corriente que circula a traves del servomotor de CA;
de tal manera que cada servoamplificador de CA se ha dispuesto para calcular y suministrar como salida el valor de orden de velocidad del motor, al corregir la lectura de la velocidad del motor transmitida desde los medios de control, de acuerdo con una magnitud de carga del servomotor de CA correspondiente;
de tal modo que cada servoamplificador de CA se ha dispuesto para llevar a cabo un calculo para reducir el valor de orden de velocidad del motor de acuerdo con la magnitud de la carga, cuando la carga del servomotor de CA es caractenstica de una marcha de potencia; y de manera que cada servoamplificador de CA se ha dispuesto para llevar a cabo un calculo para aumentar el valor de orden de velocidad del motor de acuerdo con la magnitud de la carga, cuando la carga del servomotor de CA es caractenstica de una marcha regenerativa.
En la unidad de control de giro para maquina de propulsion marina de acuerdo con la reivindicacion 1, una unidad de control de giro para maquina de propulsion marina de acuerdo con la reivindicacion 2 tiene una estructura en la cual, cuando la magnitud de la carga del servomotor de CA es igual o menor que un valor fijo predeterminado; y es tal, que cada servoamplificador de CA se ha dispuesto para calcular y suministrar como salida el valor de orden de velocidad del motor sin corregir la lectura de la velocidad del motor de acuerdo con la magnitud de la carga del servomotor de CA.
En la unidad de control de giro para maquina de propulsion marina de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, una unidad de control de giro para maquina de propulsion marina de acuerdo con la reivindicacion 3 tiene una estructura en la que cada servoamplificador de CA incluye:
una parte de calculo de correccion, dispuesta para llevar a cabo el necesario calculo en la lectura de la velocidad del motor transmitida desde los medios de control, de acuerdo con la magnitud de la carga del servomotor de CA
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calculada por los medios de calculo de carga, y dispuesta para suministrar como salida el resultado del calculo como un valor corregido; y
segundos medios de control, que estan dispuestos para calcular una desviacion entre el valor corregido suministrado como salida desde la parte de calculo de correccion, y la senal de realimentacion suministrada como salida desde el sensor para medir la velocidad motriz del servomotor de CA, de manera que la disposicion es tal, que calcula el valor de orden de velocidad del motor de acuerdo con la invencion, y suministra como salida el resultado del calculo.
Efecto de la invencion
De acuerdo con la unidad de control de giro para maquina de propulsion marina de acuerdo con la reivindicacion 1, los medios de control calculan la lectura de la velocidad del motor basandose en la desviacion entre la senal de palanca procedente de la palanca de mando y la senal de realimentacion procedente del sensor, y simultaneamente transmiten la lectura de la velocidad del motor como esa misma senal digital a los diversos servoamplificadores de CA, por medio de comunicaciones digitales. El servoamplificador de CA corrige esta lectura de la velocidad del motor de acuerdo con la magnitud de la carga del servomotor de CA correspondiente, y, con ello, suministra como salida el valor corregido como el valor de orden de velocidad del motor al servomotor de CA. En consecuencia, las cargas respectivas en los diversos servomotores de CA pueden hacerse uniformes con un valor dado por la division de la carga total por el numero de servomotores de CA. Por otra parte, todos y cada uno de los diversos servomotores de CA pueden ser controlados de forma independiente, con lo que se suprime la necesidad de comunicaciones entre los motores como las que se realizan en un sistema de control maestro-cautivo. En caso de que cualquiera de los servoamplificadores de CA falle, el equilibrio de cargas puede mantenerse desconectando el motor que ha fallado, para despues accionar la maquina con el (los) motor(es) normal(es) que queda(n). Por lo tanto, es menos probable que la unidad de control, en su conjunto, pierda el control, y puede garantizarse un funcionamiento estable. Proporcionando un control basado en los diversos servomotores de CA, la unidad de control puede ser ampliamente aplicada a maquinas de propulsion marina del tipo giratorio, grandes y pequenas. La unidad de control tambien exhibe una elevada precision de seguimiento, sin la influencia de un descentramiento como el sufrido por un controlador de tipo analogico.
De acuerdo con la unidad de control de giro para la maquina de propulsion marina de acuerdo con la reivindicacion 1, cuando el flujo del agua externa ejerce la fuerza de retroceso en la maquina de propulsion marina accionada de manera giratoria, un estado denominado marcha de potencia, en el que la maquina de propulsion marina se hade girar por la fuerza de accionamiento del servomotor de CA, es el estado principal en lo que respecta al accionamiento del servomotor de CA contra la carga externa. En este caso, el servomotor de CA mas rapido, que pone el primero el pinon en contacto con la rueda de engranaje de corona, se ve sometido a la carga mas grande. A fin de repartir la carga, por lo tanto, se lleva a cabo una correccion tal, que la velocidad del servomotor de CA bajo la carga mas grande es reducida en proporcion a la carga. Esto hace posible un incremento de la carga sobre el (los) otro(s) servomotor(es) de CA de manera que las cargas de la pluralidad de servomotores de CA se hagan uniformes en su conjunto.
Cuando el flujo de agua externo ejerce la fuerza de avance sobre la maquina de propulsion marina accionada de forma giratoria, un estado denominado marcha regenerativa, en el cual la maquina de propulsion marina se hace girar por el flujo de agua externo, es el estado principal en lo que respecta al accionamiento del servomotor de CA contra la carga externa. En este caso, el servomotor de CA mas lento, que pone el pinon en contacto con la rueda de engranaje de corona en ultimo lugar, se ve sometido a la carga mas grande. A fin de repartir la carga, por lo tanto, se realiza una correccion tal, que la velocidad de este servomotor de CA bajo la mayor carga se incrementa en proporcion con la carga. Esto hace posible el aumento de la carga sobre el (los) otro(s) servomotor(es) de CA de un modo tal, que las cargas de los diversos servomotores de CA se hacen uniformes en su conjunto.
De acuerdo con la unidad de control de giro para maquina de propulsion marina de acuerdo con la reivindicacion 2, cuando la carga del servomotor de CA es igual o menor que el valor fijo predeterminado, lo que elimina la necesidad de la correccion, el servoamplificador de CA no corrige la lectura de la velocidad del motor transmitida desde los medios de control, pero puede calcular el valor de orden de velocidad del motor utilizando la senal de realimentacion de velocidad y suministrar como salida el valor de orden de velocidad del motor al servomotor de CA.
De acuerdo con la unidad de control de giro para maquina de propulsion marina de acuerdo con la reivindicacion 3, la parte de calculo de correccion suministra como salida el valor corregido mediante la correccion de la lectura de la velocidad del motor procedente de los medios de control, con la magnitud de carga del servomotor de CA captada por los medios de calculo de carga. Los segundos medios de control calculan la desviacion entre la senal de realimentacion procedente del sensor de velocidad del motor y el valor corregido, calcula el valor de orden de velocidad del motor de acuerdo con la desviacion, y suministra como salida el resultado del calculo a cada servomotor de CA. Por lo tanto, la unidad de control puede proporcionar control para hacer las cargas de los servomotores de CA uniformes, con lo que se consigue de un modo fiable el efecto ofrecido por la invencion de acuerdo con la reivindicacion 1.
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Breve descripcion de los dibujos
La Figura 1 es un diagrama de flujo en bloques de una unidad de control de giro para una maquina de propulsion marina de acuerdo con una realizacion de la presente invencion, que muestra un esquema de la estructura de control.
La Figura 2 es el diagrama de flujo en bloques de la unidad de control de giro de la realizacion anterior, que muestra el esquema de la estructura de control en combinacion con un mecanismo de giro, y elementos similares, de un empujador azimutal, como un objeto controlado.
La Figura 3 es un diagrama de flujo en bloques que muestra estructuras detalladas de un servoamplificador de CA y elementos similares en la unidad de control de giro de la realizacion anterior.
La Figura 4 es un grupo de graficos cada uno de los cuales muestra una caractenstica para la correccion de la lectura de la velocidad del motor por parte de la unidad de control de giro de la realizacion anterior, en terminos de relacion entre la magnitud de la carga del motor y la velocidad de rotacion del motor.
La Figura 5 es un diagrama de flujo en bloques que muestra estructuras detalladas de un servoamplificador de CA y elementos similares, de acuerdo con la tecnica anterior.
La Figura 6 es un diagrama que muestra un mecanismo de accionamiento de giro de una unidad de control de giro electrica que emplea una pluralidad de motores, y que muestra, en particular, un estado en el que existe una holgura en el engrane entre un pinon accionado por el motor y una rueda de engranaje de corona del empujador azimutal.
Modo de llevar a cabo la invencion
Se describe, con referencia a las Figuras 1 a 4, una realizacion de la presente invencion.
La Figura 1 es un diagrama de flujo en bloques de una unidad de control de giro 2 para una maquina de propulsion marina 1, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion, que muestra un esquema de la estructura de control.
Como se muestra en la Figura 1, la maquina de propulsion marina 1 incluye: una caja 3 que sobresale de forma giratoria del exterior de una parte inferior de una embarcacion marina, no ilustrada; y una helice 4, montada en la caja 3 y accionada rotacion, al estar unida a un motor principal, no ilustrado. La unidad de control de giro 2 de la presente realizacion se utiliza para ajustar la maquina de propulsion marina 1 en una posicion de giro deseada, al hacer girar la maquina de propulsion marina en un angulo deseado, a fin de ajustar a voluntad la direccion de propulsion de la maquina de propulsion marina 1. La siguiente descripcion se realiza para cada uno de los componentes de esta unidad de control de giro 2.
Una palanca de mando 5, dispuesta en camara del timonel de la embarcacion marina, es un dispositivo que hace funcionar un miembro de la tripulacion de la embarcacion para ajustar la posicion de giro de la maquina de propulsion marina, como objetivo. Se suministra como salida desde la palanca de mando 5 asf accionada una senal de palanca que indica una posicion de giro que se ha de ajustar para la maquina de propulsion marina 1.
Por otra parte, la maquina de propulsion marina 1 esta provista de un sensor de angulo 6 que suministra como salida una senal de realimentacion mediante la deteccion de una posicion de giro real de la maquina de propulsion marina 1.
En un cuadro de control de giro 7, como primeros medios de control, la senal de palanca suministrada como salida desde la palanca de mando 5, y la senal de realimentacion procedente del sensor de angulo 6 son digitalizadas por un convertidor de A/D 8, y se calcula por una CPU 9 una desviacion entre estas senales-
La CPU 9 incluye: una ROM 10, que almacena un programa de control y una variedad de elementos de datos
necesarios para el control, o, espedficamente, datos que indican la relacion existente la desviacion antes descrita y la lectura de la velocidad del motor, y elementos similares; y una RAM 11, que permite que una variedad de elementos de datos sean lefdos de la misma o inscritos en ella segun se necesite. Se aprecia que la lectura de la velocidad del motor es un valor numerico (senal) que indica la direccion de rotacion del motor y la velocidad rotacional del motor. La lectura de la velocidad del motor se mantiene constante en caso de que la velocidad de rotacion no supere la capacidad maxima de los servomotores de CA [corriente alterna -“AC (Alternating Current)”-] M1, M2 (en lo sigue, tambien se han representado o referido como “motor” en algunos casos) cuando la desviacion antes descrita, en alguna de las polaridades «+» o «-», se incrementa por encima de cierto lfmite.
Utilizando la desviacion calculada y los datos almacenados en la ROM 10, la CPU 9 calcula la lectura de la velocidad del motor de acuerdo con el programa de control almacenado en la ROM 10. Esta lectura de la velocidad del motor
es convertida en una senal digital por una parte 12 de generacion de senal en serie (SIO), en la forma de un IC
[circuito integrado -“Integrated Circuit”-] de comunicacion. La senal resultante es suministrada como salida a cada uno de los varios servoamplificadores de CA externos (dos en esta realizacion) A1, A2 (en lo que sigue de esta memoria, tambien representados o referidos como “servoamplificador” en algunos casos) a traves de dos
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dispositivos de accionamiento 13a, 13b conectados en paralelo a la parte 12 de generacion de senal en serie (SIO), basandose en un sistema de comunicaciones digitales de conformidad con la norma RS-422.
La lectura digital de la velocidad del motor suministrada como salida desde el cuadro de control de giro 7 es suministrada como entrada a cada uno de los dos servoamplificadores de CA A1, A2 dispuestos externamente al cuadro de control de giro 7. Estos dos servoamplificadores de CA A1, A2 son independientes el uno del otro. Al recibir la lectura de la velocidad del motor, los dos servoamplificadores de CA A1, A2 proporcionan control enviando la lectura de la velocidad del motor a los servomotores de CA respectivamente correspondientes M1, M2.
Los servoamplificadores de CA A1, A2 estan provistos, cada uno de ellos, de un conmutador de alarma 14 como medios de alarma para alertar de un funcionamiento defectuoso del servoamplificador de CA en cuestion, A1, A2, al cuadro de control de giro 7. En la eventualidad de un funcionamiento defectuoso del servoamplificador de CA A1, A2, uno de los conmutadores de alarma 14, 14, el que corresponde al servoamplificador de CA en cuestion, A1, A2, envfa una alarma (senal de contacto) al cuadro de control de giro 7. En respuesta a esta, el cuadro de control de giro 7 desconecta uno de los servoconmutadores de conexion / desconexion 15, 15 dispuestos en correspondencia biumvoca con los servoamplificadores de CA A1, A2. De esta forma, el cuadro de control de giro 7 coloca el servoamplificador A1, A2 que envfa la alarma en el estado desconectado y, con ello, excluye el servoamplificador de CA A1 o A2 del objeto controlado.
La Figura 2 es un diagrama de flujo en bloques de la unidad de control de giro 2 de acuerdo con la presente realizacion, que muestra un esquema de la estructura de control previamente descrita con referencia a la Figura 1, asf como un mecanismo de giro y elementos similares de un empujador azimutal, como objeto controlado.
Una rueda de engranaje de corona G, mostrada en la Figura 2, esta fijada coaxialmente a un extremo superior de la caja 3 anteriormente descrita, montada de forma giratoria en el exterior de la parte inferior de la embarcacion marina, que no se ilustra. Unos pinones P1, P2, montados en arboles de accionamiento respectivos de los servomotores de Ca M1, M2 antes descritos, engranan con los dientes internos de la rueda de engranaje de corona G. Otro pinon P3, separado de los respectivos pinones P1, P2 de estos servomotores de CA A1, A2, esta montado en un arbol de entrada del sensor de angulo 6 anteriormente descrito. El pinon P3 sigue el movimiento de giro de la rueda de engranaje de corona G, de tal manera que la senal de realimentacion indicativa de la posicion de giro real de la maquina de propulsion marina 1 es suministrada como salida desde el sensor de angulo 6 y suministrada como entrada al cuadro de control de giro 7.
La Figura 3 es un diagrama de flujo en bloques que muestra estructuras detalladas del servoamplificador de CA A y del servomotor de CA M de la unidad de control de giro 2 de esta realizacion.
El servoamplificador de CA A esta provisto de una parte de calculo de correccion 20 para corregir la lectura de la velocidad del motor transmitida desde el cuadro de control de giro 7. Esta parte de calculo de correccion 20 tiene la funcion de llevar a cabo un calculo para corregir la lectura de la velocidad del motor procedente del cuadro de control de giro 7, de acuerdo con la magnitud de la carga del servomotor de CA M, y para suministrar como salida el resultado de la correccion en la forma del valor de orden de velocidad del motor. Por lo tanto, el servoamplificador A incluye medios de calculo de carga 22 que calculan la magnitud de carga del motor M en cuestion captando el valor de la corriente que pasa a traves del servomotor de CA M procedente de un amplificador de corriente 21, y suministran como salida el valor de orden de velocidad del motor, que finalmente se suministra al motor M. Estos medios de calculo de carga 22 estan conectados a la parte de calculo de correccion 20. Los detalles del calculo de correccion llevado a cabo por la parte de calculo de correccion 20 se describiran en lo que sigue de esta memoria con referencia a la Figura 4.
El valor de orden de velocidad del motor suministrado como salida desde la parte de calculo de correccion 20 es transmitido a un comparador subsiguiente 24 a traves de un limitador 23 que aplica un lfmite de velocidad. Por otra parte, el servomotor de CA M esta provisto de un sensor S para medir la velocidad del motor. Una senal de realimentacion de velocidad procedente de este sensor S es convertida en una senal de tension por un convertidor de frecuencia en tension 25, antes de ser suministrada al comparador 24 antes descrito. El comparador 24, a su vez, calcula una desviacion entre el valor de orden de velocidad del motor suministrado por medio del limitador 23 y la senal de realimentacion convertida en la senal de tension. Una parte de control 26 (regulador PID), a modo de segundos medios de control, calcula el valor de orden de velocidad del motor de acuerdo con la desviacion resultante. Despues de someterse al tratamiento por parte del limitador 27, este valor de orden de velocidad del motor es amplificado por el amplificador de corriente 21 antes descrito y, a continuacion, es suministrado al servomotor de CA M.
Los detalles del calculo de correccion por la parte de calculo de correccion 20 antes descrita, se describen con referencia a la Figura 4. La Figura 4 es un grupo de graficos cada uno de los cuales muestra una caractenstica para la correccion del valor de orden de velocidad del motor (la caractenstica de la correccion de la lectura de la velocidad del motor en funcion del valor de orden de correccion del motor, de acuerdo con la magnitud de carga del motor M), en terminos de la relacion existente entre la magnitud de carga del motor M (abscisas) y la velocidad de rotacion del motor (ordenadas). La parte de calculo de correccion 20 del servoamplificador A tiene la caractenstica de correccion.
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En un caso en que un flujo de agua externo ejerce una fuerza hacia atras sobre la maquina de propulsion marina 1, un estado denominado marcha de potencia, en el que la maquina de propulsion marina 1 se hace girar por la fuerza de accionamiento del servomotor de CA M, es el estado principal. En este caso, tal como se muestra en la Figura 6, el pinon de la derecha P1, segun se observa en la figura, que es el primero en entrar en contacto con la rueda de engranaje de corona G, y el servomotor de CA M, mas rapido, que permite a este pinon P1 ejercer la fuerza de accionamiento, son sometidos a la carga mas grande. La manera en que la carga es aplicada al pinon de la derecha P2, segun se observa en la figura, y a su servomotor de CA M en cuestion, vana de acuerdo con el estado de contacto con la rueda de engranaje. A fin de repartir y hacer que la carga aplicada a los motores M individuales sea uniforme, se realiza una correccion tal, que la velocidad del servomotor de CA sometido a la mayor carga se reduce en proporcion a la carga, segun se ilustra en la Figura 4(a) (caractenstica durante la marcha de potencia). La caractenstica del valor de orden de velocidad del motor durante la marcha de potencia, tal como se muestra en el grafico de la Figura (a), puede ser expresada por la siguiente ecuacion (1):
Valor de orden de velocidad del motor = lectura de la velocidad del motor x {1 - Ax(magnitud de carga / carga nominal)} ... (1),
donde 'A' denota la constante durante la marcha de potencia; el valor de orden de velocidad del motor es una instruccion aritmetica en el servoamplificador de CA; y la lectura de la velocidad del motor es la lectura de la velocidad del motor suministrada como salida desde el cuadro de control de giro 7.
De esta manera, la carga del otro servomotor de CA M se incrementa de un modo tal, que la carga sobre los diversos servomotores de CA M se hace uniforme en su conjunto.
En un caso en el que el flujo de agua externo ejerce una fuerza de avance en la maquina de propulsion marina, un estado denominado marcha regenerativa, en el que la maquina de propulsion marina 1 es hecha girar por el flujo de agua externo, es el estado principal. En este caso, tal como se muestra en la Figura 6, el pinon de la izquierda P2, segun se observa en la figura, que es el ultimo en entrar en contacto con la rueda de engranaje de corona G, y el servomotor de CA M, mas lento, que acciona este pinon, son sometidos a la carga mas grande. A fin de repartir la carga, se realiza una correccion tal, que la velocidad de este servomotor de CA, sometido a la carga mas grande, se incrementa en proporcion a la carga segun se ilustra en la Figura 4(b) (caractenstica durante la marcha regenerativa). La caractenstica del valor de orden de velocidad del motor durante la marcha regenerativa, segun se muestra en el grafico de la Figura 4(b), puede ser expresada por la siguiente ecuacion (2):
Valor de orden de velocidad del motor = lectura de la velocidad del motor x {1 + Bx(magnitud de carga / carga nominal)} . (2),
donde B denota la constante durante la marcha regenerativa; el valor de orden de velocidad del motor es una instruccion aritmetica en el servoamplificador de CA; y la lectura de la velocidad del motor es la lectura de la velocidad del motor suministrada como salida desde el cuadro de control de giro 7.
De esta manera, la carga del otro servomotor de CA M se incrementa de un modo tal, que la carga sobre los diversos servomotores de CA M se hace uniforme en su conjunto.
En un caso en el que la carga del servomotor de CA M es igual o menor que un valor fijo predeterminado, lo que elimina la necesidad de la correccion, el servoamplificador de CA A no compromete la lectura de la velocidad del motor transmitida desde el cuadro de control de giro 7 a la parte de calculo de correccion 20 para la correccion, sino que puede calcular el valor de orden de velocidad del motor aplicando directamente la senal de realimentacion de velocidad procedente del sensor S a la parte de control 26, a fin de suministrar como salida el valor de orden de velocidad del motor resultante al servomotor de CA M a traves del amplificador de corriente 21, tal como se ilustra en la Figura 4C (caractenstica durante la marcha con carga del valor fijo o menor que este). El valor de orden de velocidad del motor durante la marcha con carga del valor fijo o menor que este, tal como se muestra en el grafico de la Figura 4C, puede ser expresado por la siguiente ecuacion (3):
Valor de orden de velocidad del motor = lectura de la velocidad del motor ... (3),
donde el valor de orden de la velocidad del motor es una instruccion aritmetica en el servoamplificador de CA; y la lectura de la velocidad del motor es la lectura de la velocidad del motor suministrada como salida desde el cuadro de control de giro 7.
De acuerdo con la unidad de control de giro 2 de esta realizacion, tal y como se ha descrito anteriormente, el calculo de correccion se lleva a cabo para corregir la lectura de la velocidad del motor suministrada como salida desde el cuadro de control de giro 7, en la forma de un controlador principal, aumentando o reduciendo la lectura de la velocidad del motor de acuerdo con el valor proporcional a la magnitud real de la carga en cada motor M, a continuacion de lo cual el valor resultante se utiliza como el valor de orden de velocidad del motor que se ha de suministrar al motor M. Espedficamente, se incorpora en cada uno de los servoamplificadores de CA A logica de control para reducir el valor de orden de velocidad del motor en proporcion a la carga sobre el motor M cuando la carga es caractenstica de la marcha de potencia, para aumentar el valor de orden de velocidad del motor en proporcion a la carga sobre el motor M cuando la carga es caractenstica de la marcha regenerativa, o para
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suministrar directamente como salida la lectura de velocidad procedente del cuadro de control de giro 7, como el valor de orden de velocidad, cuando la magnitud de carga es igual o menor que el valor fijo y la carga es caractenstica de la marcha de potencia o de la marcha regenerativa. Por lo tanto, las cargas respectivas sobre los diversos servomotores de CA M pueden hacerse uniformes e iguales al valor dado al dividir la carga total por el numero de servomotores de CA M.
Cada uno de los diversos servoamplificadores de CA A esta conectado independientemente al cuadro de control de giro 7 y recibe, simultaneamente, la lectura de la velocidad del motor como esa misma senal digital desde el cuadro de control de giro 7, a traves de comunicaciones digitales. Los diversos servoamplificadores de CA A no se encuentran en una relacion de maestro-cautivo, y todos y cada uno de ellos se ha configurado para un control independiente. Por lo tanto, a diferencia de un control basado en el sistema de maestro-cautivo, la unidad de control no requiere de comunicaciones entre los servoamplificadores de CA. Si cualquiera de los servoamplificadores de CA A falla, el equilibro de cargas puede mantenerse desconectando el motor M que ha fallado por medio del conmutador de alarma 14 y del servoconmutador de conexion / desconexion 15, a lo que sigue el accionamiento de la maquina con el motor normal M que queda. En consecuencia, es menos probable que la unidad de control, en su conjunto, pierda el control, y puede garantizarse un funcionamiento estable.
Proporcionando un control basado en los diversos servomotores de CA, la unidad de control puede ser ampliamente aplicada a maquinas de propulsion marina del tipo giratorio, grandes y pequenas. La unidad de control tambien exhibe una elevada precision de seguimiento, sin la influencia de un descentramiento como el que sufre un controlador de tipo analogico.
Lista de signos de referencia
1: Maquina de propulsion marina
2: Unidad de control de giro
5: Palanca de mando
6: Sensor de angulo
7: Cuadro de control de giro como primeros medios de control
13a, b: Dispositivo de accionamiento
20: Parte de calculo de correccion
22: Medios de calculo de carga
26: Parte de control como segundos medios de control
M (M1, M2): Servomotor de CA (motor)
A (A1, A2): Servoamplificador de CA (amplificador)
S: Sensor de deteccion de velocidad montado en el motor

Claims (3)

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    REIVINDICACIONES
    1. - Una unidad de control de giro (2) para controlar una maquina de propulsion marina (1) que incluye una helice accionada a rotacion (4) y que esta montada de forma giratoria en una embarcacion marina para ajustar una direccion de propulsion, de tal manera que la unidad comprende:
    una palanca de mando (5), dispuesta para suministrar como salida una senal de palanca indicativa de una posicion de giro de la maquina de propulsion marina (1), mediante el ajuste de la posicion de giro de la misma;
    un sensor (6), dispuesto para detectar la posicion de giro de la maquina de propulsion marina (1) y suministrar como salida una senal de realimentacion;
    medios de control (7), dispuestos para calcular una desviacion entre la senal de palanca suministrada como salida desde la palanca de mando (5), y la senal de realimentacion suministrada como salida desde el sensor (6), de tal manera que los medios de control (7) estan dispuestos, adicionalmente, para calcular una lectura de la velocidad del motor de acuerdo con la desviacion y, simultaneamente, transmitir la lectura de la velocidad del motor como esa misma senal digital, a una pluralidad de objetos, a traves de comunicaciones digitales;
    una pluralidad de servoamplificadores de CA (A1, A2), dispuestos para recibir, cada uno de ellos, la lectura de la velocidad del motor transmitida simultaneamente como esa misma senal digital, desde los medios de control (7), a traves de las comunicaciones digitales, y suministrar como salida un valor de orden de velocidad del motor de acuerdo con la lectura de la velocidad del motor;
    una pluralidad de servomotores de CA (M), cada uno de los cuales se ha dispuesto para ser accionado en respuesta al valor de orden de velocidad del motor procedente de cada uno de los servoamplificadores de CA (A1, A2), al objeto de hacer girar la maquina de propulsion marina (1);
    caracterizada por que cada servoamplificador de CA (A1, A2) incluye medios de calculo de carga (22) para calcular una magnitud de carga a partir de un valor de la corriente que pasa por el servomotor de CA (M);
    de tal manera que cada servoamplificador de CA (A1, A2) esta dispuesto para calcular y suministrar como salida el valor de orden de velocidad del motor al corregir la lectura de la velocidad del motor transmitida desde los medios de control (7), de acuerdo con una magnitud de carga del servomotor de CA (M) correspondiente;
    de modo que cada servoamplificador de CA (A1, A2) esta dispuesto para llevar a cabo un calculo para reducir el valor de orden de velocidad del motor de acuerdo con la magnitud de carga, cuando la carga del servomotor de CA (M) es caractenstica de la marcha de potencia; y
    de manera que cada servoamplificador de CA (A1, A2) se ha dispuesto para llevar a cabo un calculo para aumentar el valor de orden de velocidad del motor de acuerdo con la magnitud de carga, cuando la carga del servomotor de CA (M) es caractenstica de la marcha regenerativa.
  2. 2. - La unidad de control de giro (2) para una maquina de propulsion marina (1) de acuerdo con la reivindicacion 1, en la cual, cuando la magnitud de carga del servomotor de CA (M) es igual o menor que un valor fijo predeterminado, entonces cada servoamplificador de CA (A1, A2) esta dispuesto para calcular y suministrar como salida el valor de orden de velocidad del motor, sin corregir la lectura de la velocidad del motor de acuerdo con la magnitud de carga del servomotor de CA (M).
  3. 3. - La unidad de control de giro (2) para una maquina de propulsion marina (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en la cual cada servoamplificador de CA (A1, A2) incluye:
    una parte de calculo de correccion (20), que esta dispuesta para llevar a cabo un calculo necesario sobre la lectura de la velocidad del motor transmitida desde los medios de control (7), de acuerdo con la magnitud de carga del servomotor de CA (M) calculada por los medios de calculo de carga (22), y dispuesta para suministrar como salida el resultado del calculo como un valor corregido; y
    segundos medios de control (26), que estan dispuestos para calcular una desviacion entre el valor corregido suministrado como salida desde la parte de calculo de correccion (20), y la senal de realimentacion suministrada como salida desde el sensor (S) para medir la velocidad motriz del servomotor de CA (M), de manera que la disposicion es tal, que calcula el valor de orden de velocidad del motor de acuerdo con la desviacion, y suministra como salida el resultado del calculo.
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