高速船舶艉部截流器装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种高速船舶艉部截流器装置，驾驶室显示控制单元接收操作人员的控制指令信号，中央控制单元采集船舶横摇、纵摇和垂荡三自由度姿态信号以及航速信号、舵令信号，经核心控制模块解算输出控制指令信号，并通过CAN总线将控制指令信号发送至各伺服驱动单元组，驱动各执行机构组带动截流板运动，各伺服驱动单元组接收截流板的状态反馈信号，将接收到的状态反馈信号传送到中央控制单元进行处理，并通过驾驶室显示控制单元的人机交互界面进行行程状态指示和报警显示。本实用新型专利技术能实现对高速船舶的纵倾及横倾调节、实时运动姿态控制、协同转向控制及辅助操舵控制，对高速船舶的运动姿态控制效果明显，有效提高了高速船舶的适航性能。

High speed ship stern interceptor device

The utility model relates to a high-speed ship stern interception device, cab display control unit receives the control command signal of the operator, the central control unit collects the ship rolling, pitching and heaving with three degrees of freedom attitude signal and speed signal, rudder order signal, the core control module solution output control command signal and through the CAN bus control command signal sent to the servo drive unit, drive the actuator driven closure plate movement, the servo driving unit receives the intercepting plate state feedback signal, the received state feedback signal is transmitted to the central control unit, control unit and man-machine interface for travel status indication and alarm display by cab display. The utility model can realize the high speed ship's trim and heel regulation and real-time motion attitude control, collaborative steering control and auxiliary steering control, motion control of high-speed ship has obvious effect, can effectively improve the navigability of high-speed ship.

【技术实现步骤摘要】
高速船舶艉部截流器装置
本技术涉及一种控制装置，特别涉及一种适用于高速船舶的艉部截流器装置。
技术介绍
近年来，随着交通工具的高速化，出现了一系列的新型高速船型包括高速单体快艇、穿浪双体高速船等。高速船舶的局限性为其在低速转向高速航行时，船体吃水逐渐减少，容易受到风、浪、流等外部干扰的影响，从而引起船体较大幅度的摇荡，尤其体现在纵向运动上。为提高高速船舶的适航性和船员的舒适度，研究通过改进船舶线型来改善其耐波性收效甚微，而通过加装附体来减小船舶的摇荡取得的效果较为显著。目前应用于船舶姿态控制的减摇鳍、减摇水舱和减摇陀螺等主要用于减小船舶的横摇运动，且装置重量、占舱空间、动态响应时间等局限性使其无法在高速船舶具有良好的应用。当前高速船舶的应用领域越来越广泛，船舶行业对适航性概念不断重视，也对高速船舶运动姿态控制装置提出了更高的要求。
技术实现思路
为了解决船舶高速航行时横向和纵向运动控制及转向时失速等技术问题，本技术提供了一种适装于高速船舶的截流器装置，采用电动伺服驱动装置执行机构截流板运动，从而改变船体表面的压力分布，产生升力，对船形成与扰动力矩相抗衡的稳定力矩，达到控制船舶运动姿态的效果。为实现上述目的，本技术的技术方案是：一种高速船舶艉部截流器装置，包括驾驶室显示控制单元、中央控制单元、驱动供电箱、伺服驱动单元组、执行机构组，驾驶室显示控制单元接收操作人员的控制指令信号，中央控制单元采集船舶横摇、纵摇和垂荡三自由度姿态信号以及航速信号、舵令信号，经核心控制模块解算输出控制指令信号，并通过CAN总线将控制指令信号发送至各伺服驱动单元组，驱动各执行机构组带动截流板运动，所述各伺服驱动单元组接收截流板的状态反馈信号，将接收到的状态反馈信号传送到中央控制单元进行处理，并通过驾驶室显示控制单元的人机交互界面进行行程状态指示和报警显示。所述中央控制单元内部通过RS232接收船舶姿态测量传感器信号，外部分别通过RS485接收GPS信号或通过DI接收计程仪信号，通过AI接收操舵信号，通过LAN与驾驶室控制显示单元网口通信。本技术的有益效果是：本技术的高速船舶艉部截流器装置及控制方法，能实现对高速船舶的纵倾及横倾调节、实时运动姿态控制、协同转向控制及辅助操舵控制，装置可靠性高、结构简单、安装便捷，对高速船舶的运动姿态控制效果明显，有效提高了高速船舶的适航性能。附图说明图1为本技术的高速船舶艉部截流器装置工作原理示意图；图2为本技术的高速船舶艉部截流器装置结构框图；图3为本技术的艉部截流器在高速单体船艉部安装示意图；图4为本技术的艉部截流器在穿浪双体高速船艉部安装示意图；图5为本技术的高速船舶艉部截流器装置控制装置原理框图；图6为本技术的高速船舶艉部截流器装置执行机构示意图；图7为本技术的高速船舶艉部截流器装置控制功能模块图。具体实施方式下面结合附图与实施例对本技术作进一步说明。如图1所示，截流器执行机构安装在高速船舶艉部，它能改变船体周围流场和船体受力。在截流器周围，特别是截流器的前方，流体的速度和压力较不带截流器的情况下会有很大的改变。尽管截流器也在船体上产生了阻力，但只要高度行程选取合适，这个阻力的作用可以忽略。截流板的运动改变了船体表面的压力分布，在船体上产生纵倾力矩，减小纵倾角。截流板在垂直方向运动，从而改变船体表面的压力分布，产生升力，对船形成与扰动力矩相抗衡的稳定力矩。截流板在水平方向运动，可产生辅助船舶转舵的力矩。如图2所示高速船舶艉部截流器装置结构框图，其组成有驾驶室显示控制单元、中央控制单元、驱动供电箱、伺服驱动单元组、执行机构组（含截流板，分为左侧水平安装组、右侧水平安装组、左侧垂直安装组、右侧垂直安装组）。高速船舶在波浪力矩的作用下发生摇荡，尤其体现在纵向运动上，中央控制单元通过对船舶姿态、航速和操舵指令等信号的解算，输出各组执行机构截流板行程控制指令，继而各截流板根据信号进行垂向和水平动作，实现运动姿态控制和辅助转舵功能。艉部截流器装置可分别适用于高速单体船和穿浪双体高速船，装置在这两种船型艉部的安装示意图分别如图3和图4所示。如图5所示为高速船舶艉部截流器装置控制装置原理框图。中央控制单元分别通过LAN与驾驶室控制显示单元网口通信，通过串口（COM2）接收GPS信号（或通过DI接收计程仪信号），通过1路AI接收操舵指令，通过CAN总线向各伺服驱动单元组输出执行机构行程控制指令，并接收状态反馈信号和报警信号。伺服驱动单元组根据控制装置中中央控制模块输出的指令信号，驱动执行机构截流板动作，是装置核心控制部件，如图6所示。实时自动运动姿态控制和辅助操舵控制时，控制装置通过控制驱动机构20实现对截流板10伸出行程的调节，改变船体周围流场和船体受力，从而达到船体姿态调节的目的。图7所示为高速船舶艉部截流器装置控制功能模块图，装置功能模式主要分为基本模式（手动纵倾控制、手动横倾控制）和自动控制模式（自动纵倾控制、自动横倾控制、实时姿态控制、协同转向控制、辅助操舵控制）。其中辅助操舵控制模式由垂直安装的执行机构截流板动作实现，其余控制模式均由水平安装的执行机构截流板动作实现，辅助操舵模式和其他自动控制模式结合使用。以下分别对各模式控制方法进行说明：①基本模式（手动横倾控制/手动纵倾控制）：通过驾驶室控制显示单元的人机界面对船舶当前横倾/纵倾角目标值进行调节，中央控制模块通过解算目标值与当前值的比较，解算装置需提供的稳定力矩，转化为执行机构组Ⅰ1和执行机构组II2的行程控制指令输出至伺服驱动单元组I和伺服驱动单元组II，分别驱动相应的执行机构运动；②自动纵倾控制模式：船舶高速航行时，水下片体产生的纵倾力矩改变船的纵向姿态。装置中央控制单元存储有船舶纵倾控制策略的专家库，当船舶高速航行时，根据当前海况选择相应的控制策略，中央控制单元可根据当前船舶纵向姿态信号和航速信息进行处理解算获得当前船舶纵倾角度，实时输出执行机构组Ⅰ1和执行机构组II2的垂向行程控制指令，产生相应的纵倾力矩，将船舶的纵倾角减小至设定值，实现对船舶的自动纵倾控制；③自动横倾控制模式：当船舶发生载重不平衡、在横风中航行等情况下，船体产生横倾。中央控制单元可根据当前船舶横向姿态信号和航速信息进行处理解算获得当前船舶横倾角度，实时调节执行机构组Ⅰ1和执行机构组II2截流板不同的垂向行程，产生相应的横倾力矩，将船舶调整至装置设定的横倾角度（通常为0°），实现对船舶的自动横倾控制。当船舶在转向时，控制装置自动暂停横倾调节功能，提高船舶的转弯效率；④实时姿态控制模式：装置中央控制单元通过实时采集的船舶三自由度姿态信号和航速信号，对执行机构组Ⅰ1和执行机构组II2进行实时控制，可将高速船舶在任意海况、各个航速下调节至最优姿态，从而减小船的纵摇角度和垂荡加速度；通过对执行机构组Ⅰ1和执行机构组II2截流板的差动控制，有效减小船的横摇角度；同时控制装置对船舶纵向运动控制和横向运动控制指标进行动态分配，实现船舶高航速下综合姿态控制性能最优；⑤协同转向控制模式：在大多数情况下，横倾角在转弯时有助于船舶获得更高的转向速度并增加乘客的舒适度。装置中央控制单元实时采集船舶转弯时的方向舵位置信号，用来自动控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速船舶艉部截流器装置，包括驾驶室显示控制单元、中央控制单元、驱动供电箱、伺服驱动单元组、执行机构组，其特征在于：所述驾驶室显示控制单元接收操作人员的控制指令信号，中央控制单元采集船舶横摇、纵摇和垂荡三自由度姿态信号以及航速信号、舵令信号，经核心控制模块解算输出控制指令信号，并通过CAN总线将控制指令信号发送至各伺服驱动单元组，驱动各执行机构组带动截流板运动，所述各伺服驱动单元组接收截流板的状态反馈信号，将接收到的状态反馈信号传送到中央控制单元进行处理，并通过驾驶室显示控制单元的人机交互界面进行行程状态指示和报警显示。

【技术特征摘要】
1.一种高速船舶艉部截流器装置，包括驾驶室显示控制单元、中央控制单元、驱动供电箱、伺服驱动单元组、执行机构组，其特征在于：所述驾驶室显示控制单元接收操作人员的控制指令信号，中央控制单元采集船舶横摇、纵摇和垂荡三自由度姿态信号以及航速信号、舵令信号，经核心控制模块解算输出控制指令信号，并通过CAN总线将控制指令信号发送至各伺服驱动单元组，驱动各执行机构组带动截流板运动，所述各伺服驱动单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：王敏，郑建，程媛，邵昱，
申请(专利权)人：上海衡拓船舶设备有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31