可控被动式减摇水舱控制系统技术方案

本发明专利技术提供种可控被动式减摇水舱控制系统，应用于船舶中，船舶中设置有用于减摇的水舱，水舱设置有水舱气阀，该系统包括：传感器和水舱控制器，其中，传感器用于接收船舶的第一运动信息以及水舱内的液体的第二运动信息；水舱控制器用于对所接收的第一运动信息以及第二运动信息进行处理，处理后的第一运动信息用于控制水舱气阀的开启，处理后的第二运动信息用于控制水舱气阀的关闭，通过控制水舱气阀的开启和关闭，来调节水舱内液体运动周期，使得调节后的水舱内液体运动周期与船舶的横摇运动周期相同，且使水舱内的液体的运动滞后于船舶的横摇运动π/2相位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及船舶减摇控制领域，尤其涉及一种可控被动式减摇水舱控制系统。
技术介绍
减摇水舱是减少船舶横摇的装置之一,它具有结构简单，造价低廉，便于维护等优点,被广泛地应用于500吨级以上各类船艇。减摇水舱按照是否施加控制，可以分为主动式减摇水舱，被动式减摇水舱和可控被动式减摇水舱。但由于，主动式减摇水舱造价过高，被动式减摇水舱减摇频率范围较窄，所以，人们一般采用可控被动式减摇水舱。可控被动式减摇水舱通过对阀门实施控制，使得水舱中的液体始终保持在船舶向上运动那一侧，以实现减摇。现今，对于可控被动式减摇水舱的控制方案设计有许多，但是，现有技术的缺点是：减摇效果不佳。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种可控被动式减摇水舱控制系统，使得船舶中水舱的减摇效果接近最佳。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种可控被动式减摇水舱控制系统，应用于船舶中，船舶中设置有用于减摇的水舱，水舱设置有水舱气阀，其特征在于，系统包括传感器和水舱控制器，其中，传感器用于接收船舶的第一运动信息以及水舱内的液体的第二运动信息；水舱控制器用于对所接收的第一运动信息以及第二运动信息进行处理，处理后的第一运动信息用于控制水舱气阀的开启，处理后的第二运动信息用于控制水舱气阀的关闭，通过控制水舱气阀的开启和关闭，来调节水舱内液体运动周期，使得调节后的水舱内液体运动周期与船舶的横摇运动周期相同，且使水舱内的液体的运动滞后于船舶的横摇运动π/2相位。进一步地，第一运动信息包括：船舶的横摇角，船舶的横摇角速度，船舶的横摇角加速度；其中，通过对横摇角速度和横摇角加速度进行加权计算，以获得加权信号，水舱控制器根据加权信号控制水舱气阀开启。进一步地，第二运动信息包括：水舱液位信号和水舱内液体运动周期；其中，当水舱液位信号值达到所设定的最大值时，水舱控制器控制水舱气阀关闭。进一步地，加权信号的计算公式为：其中，β为加权信号，为横摇角速度，为横摇角加速度，a为控制参数，用于调节与之间的加权程度。进一步地，横摇角，横摇角速度，横摇角加速度三者之间的关系式为：其中，为横摇角。进一步地，当β的取值由正变为负或由负变为正时，水舱控制器控制水舱气阀开启。进一步地，控制参数a的取值范围是2.5至3。进一步地，控制参数a的取值是2.7。本专利技术提供的可控被动式减摇水舱控制系统，在船舶受到来自海浪的干扰后，产生横摇运动，从而产生各种与横摇有关的信息，在接收到横摇时船舶的第一运动信息以及水舱内的液体的第二运动信息后，通过对所接收到的第一运动信息以及第二运动信息进行处理，处理后的第一运动信息用于控制水舱气阀的开启，处理后的第二运动信息用于控制水舱气阀的关闭，通过控制水舱气阀的开启和关闭，来调节水舱内液体运动周期，使得调节后的水舱内液体运动周期与船舶的横摇运动周期相同，且使水舱内的液体的运动滞后于船舶的横摇运动π/2相位。此外，需要说明的是，当水舱内液体的运动周期与船舶的横摇运动周期相同，且水舱内液体运动滞后船舶横摇运动π/2相位时，水舱产生的力矩和海浪干扰力矩符号相反，水舱的减摇效果最佳。因此，本专利技术的可控被动式减摇水舱控制系统，能够使得船舶中水舱的减摇效果接近最佳。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种可控被动式减摇水舱控制系统的框图。具体实施方式本专利技术应用于船舶系统，所涉及的部件主要包括，水舱，水舱气阀，传感器20，以及水舱控制器10，其中，传感器20安装在船舶上，用于接收水舱内液体运动信息以及船舶运动信息，传感器20将接收到的信息传送给水舱控制器10中进行处理；水舱是置于船舶中用于减摇的装置，而水舱气阀则是置于水舱顶部用于控制水舱中液体流动方向的设备，水舱控制器10通过控制水舱气阀的开启和关闭来控制水舱中液体流动方向，其中，当水舱气阀开启时，水舱作为被动式减摇水舱运行，此时，水舱中的液体可在水舱中跟随着船舶的运动而自由运动；当水舱气阀关闭时，水舱处于控制状态，此时，水舱中的液体只能按照指定方向进行运动。在船舶受到海浪干扰时，通过水舱控制器10控制水舱气阀的开启和关闭，来控制水舱中液体的运动周期，使得水舱内液体运动周期与船舶横摇运动周期相同，且使水舱内液体的运动滞后于船舶横摇运动π/2相位，从而使得水舱产生的力矩和海浪干扰力矩符号相反，达到水舱的最佳减摇效果。下面通过具体的实施例进一步说明本专利技术，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本专利技术。结合图1，本实施例提供的可控被动式减摇水舱控制系统，应用于船舶中，该系统主要包括：传感器20：接收船舶的第一运动信息以及水舱内的液体的第二运动信息；；水舱控制器10：对所接收第一运动信息以及第二运动信息进行处理，水舱控制器10用于对所接收的第一运动信息以及第二运动信息进行处理，处理后的第一运动信息用于控制水舱气阀的开启，处理后的第二运动信息用于控制水舱气阀的关闭，通过控制水舱气阀的开启和关闭，来调节水舱内液体运动周期，使得调节后的水舱内液体运动周期与船舶的横摇运动周期相同，且使水舱内的液体的运动滞后于船舶的横摇运动π/2相位。本专利技术提供的可控被动式减摇水舱控制系统，在船舶受到来自海浪的干扰后，产生横摇运动，从而产生各种与横摇有关的信息，在接收到横摇时船舶的第一运动信息以及水舱内的液体的第二运动信息后，通过对所接收到的第一运动信息以及第二运动信息进行处理，处理后的第一运动信息用于控制水舱气阀的开启，处理后的第二运动信息用于控制水舱气阀的关闭，通过控制水舱气阀的开启和关闭，来调节水舱内液体运动周期，使得调节后的水舱内液体运动周期与船舶的横摇运动周期相同，且使水舱内的液体的运动滞后于船舶的横摇运动π/2相位。此外，需要说明的是，当水舱内液体的运动周期与船舶的横摇运动周期相同，且水舱内液体运动滞后船舶横摇运动π/2相位时，水舱产生的力矩和海浪干扰力矩符号相反，水舱的减摇效果最佳。因此，本专利技术的可控被动式减摇水舱控制系统，能够使得船舶中水舱的减摇效果接近最佳。优选地，第一运动信息包括：船舶的横摇角，船舶的横摇角速度，船舶的横摇角加速度；其中，通过对横摇角速度和横摇角加速度进行加权计算，以获得加权信号，水舱控制器10根据加权信号控制水舱气阀开启。优选地，第二运动信息包括：水舱液位信号和水舱内液体运动周期；其中，当水舱液位信号值达到所设定的最大值时，水舱控制器10控制水舱气阀关闭。进一步优选地，加权信号的计算公式为：其中，β为加权信号，为船舶横摇角，为船舶横摇角速度，为船舶横摇角加速度，a为控制参数，用于调节与之间的加权程度。此外，横摇角，横摇角速度，横摇角加速度三者之间的关系式为：其中，为横摇角。由于惯性等因素的干扰，水舱内液体运动无法在不加任何控制情况下刚好滞后于船舶横摇运动π/2相位，采用船舶横摇角速度和船舶横摇角加速度的加权信号作为输入单元中的控制信号，从而实现对传播横摇运动的预测，进而综合船舶运动和水舱内液体运动情况对水舱气阀进行控制。也就是说，加权信号的作用是控制水舱内液体运动和船舶横摇运动的相位关系。进一步优选地，当β的取值由正变为负或由负变为正时，水舱控制器10控制水舱气阀开启。即，当β符号改变时，水舱控制器10控制水舱气阀开启。其中，气阀的控制规则为：当β本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可控被动式减摇水舱控制系统，应用于船舶中，所述船舶中设置有用于减摇的水舱，所述水舱设置有水舱气阀，其特征在于，所述系统包括传感器和水舱控制器，其中，所述传感器用于接收所述船舶的第一运动信息以及所述水舱内的液体的第二运动信息；所述水舱控制器用于对所接收的所述第一运动信息以及所述第二运动信息进行处理，处理后的所述第一运动信息用于控制所述水舱气阀的开启，处理后的所述第二运动信息用于控制所述水舱气阀的关闭，通过控制所述水舱气阀的开启和关闭，来调节所述水舱内液体运动周期，使得所述调节后的水舱内液体运动周期与所述船舶的横摇运动周期相同，且使所述水舱内的液体的运动滞后于所述船舶的横摇运动π/2相位。

【技术特征摘要】
1.一种可控被动式减摇水舱控制系统，应用于船舶中，所述船舶中设置有用于减摇的水舱，所述水舱设置有水舱气阀，其特征在于，所述系统包括传感器和水舱控制器，其中，所述传感器用于接收所述船舶的第一运动信息以及所述水舱内的液体的第二运动信息；所述水舱控制器用于对所接收的所述第一运动信息以及所述第二运动信息进行处理，处理后的所述第一运动信息用于控制所述水舱气阀的开启，处理后的所述第二运动信息用于控制所述水舱气阀的关闭，通过控制所述水舱气阀的开启和关闭，来调节所述水舱内液体运动周期，使得所述调节后的水舱内液体运动周期与所述船舶的横摇运动周期相同，且使所述水舱内的液体的运动滞后于所述船舶的横摇运动π/2相位。2.根据权利要求1所述的可控被动式减摇水舱控制系统，其特征在于，所述第一运动信息包括：船舶的横摇角，船舶的横摇角速度，船舶的横摇角加速度；其中，通过对所述横摇角速度和所述横摇角加速度进行加权计算，以获得加权信号，所述水舱控制器根据所述加权信号控制所述水舱气阀开启。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜，韩研，张兰勇，李冰，刘洪丹，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23