一种用于吊舱推进船舶的控制装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于吊舱推进船舶的控制装置与方法，包括数据采集模块、信号处理模块、通信模块、系统控制器和执行机构，控制装置中包括数据采集模块、信号处理模块、通信模块、系统控制器和执行机构，其中操纵手柄用来将驾驶员的操纵信号转换为电信号传送到信号处理模块；信号处理模块通过通信模块与系统控制器连接，系统控制器对执行机构进行驱动，执行机构由第一吊舱推进器和第二吊舱推进器组成。本发明专利技术实现吊舱推进船舶在任意航速下完成平移、斜移、原地回转、快速倒车等常规推进器难以完成的操控，极大地提高了船舶的操纵性和机动性。

A control device and method for Pod Propulsion Ship

The invention discloses a control device and a method for POD propulsion of a ship, including a data acquisition module, a signal processing module, a communication module, a system controller and an executing mechanism. The control device includes a data acquisition module, a signal processing module, a communication module, a system controller and an executing mechanism, wherein a manipulator is provided. The handle is used to convert the pilot's control signals into electrical signals and transmit them to the signal processing module; the signal processing module is connected with the system controller through the communication module, and the system controller drives the actuator, which is composed of the first POD propeller and the second pod propeller. The invention realizes the manipulation of the conventional propellers such as translation, oblique displacement, in-situ rotation and rapid reversal of a podded propulsion ship at any speed, and greatly improves the maneuverability and maneuverability of the ship.

【技术实现步骤摘要】
一种用于吊舱推进船舶的控制装置与方法
本专利技术属于船舶智能控制
，尤其涉及一种用于吊舱推进船舶的控制装置与方法。
技术介绍
伴随国际贸易的蓬勃发展，世界海运量持续增加，港口运输的作业也日益繁重。因此，港口交通日益繁忙，航行密度越来越大，航道变得较为狭窄，出入港口愈发拥挤，从而使船舶碰撞和搁浅事故时有发生。目前，吊舱推进技术在国外经过20余年的发展，已经有了十分完善的推进器设计方案和成熟的推进控制策略。从工程船、破冰船到目前的豪华游轮、化学品船、油船等，吊舱推进器在船舶推进领域的应用范围逐渐扩大。现有技术的吊舱推进器用智能控制系统，不能够很好地满足船舶的复杂高机动性操纵，避免船舶在进出港时发生水上交通事故。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种用于吊舱推进船舶的控制装置与方法，实现吊舱推进船舶在任意航速下完成平移、斜移、原地回转、快速倒车等常规推进器难以完成的操控，极大地提高了船舶的操纵性和机动性。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于吊舱推进船舶的控制装置，包括数据采集模块、信号处理模块、通信模块、系统控制器和执行机构，其中，数据采集模块包括操纵手柄、第一螺旋桨转速传感器、第二螺旋桨转速传感器、第一角度传感器和第二角度传感器，其中操纵手柄用来将驾驶员的操纵信号转换为电信号传送到信号处理模块；信号处理模块通过通信模块与系统控制器连接，系统控制器对执行机构进行驱动，执行机构由第一吊舱推进器和第二吊舱推进器组成，第一吊舱推进器包括第一螺旋桨电机、第一回转控制电机，第二吊舱推进器包括第二螺旋桨电机、第二回转控制电机；第一角度传感器实时监测第一吊舱推进器的回转角度，第二角度传感器实时监测第二吊舱推进器的回转角度，并将回转角度信号传至信号处理模块；第一螺旋桨转速传感器实时监测第一螺旋桨电机转速，第二螺旋桨转速传感器实时监测第二螺旋桨电机转速，并将转速信号传至信号处理模块；信号处理模块将操纵手柄与各传感器采集的电信号转换为系统控制器可以识别的数值信号，并将数值信号输送到系统控制器，系统控制器对数值信号进行比对并输出动作信号给执行机构。按上述技术方案，第一螺旋桨电机和第一回转控制电机安装于第一吊舱推进器内，第一吊舱推进器安装于吊舱推进船舶尾部左侧；第二螺旋桨电机和第二回转控制电机安装于第二吊舱推进器，第二吊舱推进器安装于吊舱推进船舶尾部右侧。按上述技术方案，包括以下步骤，步骤一，按照推力作用点与重心连线将船舶所在水平面划分为I、II、III、IV四个区域，I区域范围为(φ，180°-φ]，III区域范围为(180°+φ，360°-φ]，II区域范围为(-φ，φ]，IV区域范围为(180°-φ，180°+φ]，φ为Ⅱ、Ⅳ区域边界线夹角的一半；吊舱推进船舶在Ⅰ、Ⅲ区域斜移时，驾驶员通过控制操纵手柄输出手柄幅度角信号γj和手柄方位角信号λj，经由系统控制器对第一螺旋桨电机、第二螺旋桨电机的转速，第一回转控制电机、第二回转控制电机的回转角度进行调整；步骤二，将水平面区域Ⅱ、Ⅳ区域划分为直行区、左过渡区和右过渡区，Ⅱ区域直行区的范围为为(-φ/2，φ/2]，左过渡区的范围为为(-φ，-φ/2]，右过渡区的范围为为(φ/2，φ]；Ⅳ区域直行区的范围为为(180°-φ/2，180°+φ/2]，左过渡区的范围为为(180°+φ/2，180°+φ]，右过渡区的范围为为(180°-φ，180°-φ/2]。为解决吊舱推进船舶行驶状态由直行变换到大幅度斜移时吊舱推进器的旋转角短时间发生大幅度偏转的问题。吊舱推进船舶在直行区移动时，第一吊舱推进器和第二吊舱推进器均正车或倒车，驾驶员通过控制操纵手柄的手柄幅度角信号γj控制吊舱推进船舶移动速度，通过控制操纵手柄的手柄方位角信号λj控制吊舱推进器小幅度偏转；步骤三，吊舱推进船舶在左过渡区和右过渡区移动时，通过使第一吊舱推进器、第二吊舱推进器中的一个回转90°，另一吊舱推进器保持原位置不变，通过改变回转90°的吊舱推进器的转速，实现不同的斜移角度和斜移速度。操纵手柄输出三个控制量：手柄幅度角信号γj，控制吊舱推进船舶的移动速度；手柄方位角信号λj，控制吊舱推进船舶的移动方向；旋钮旋转角信号τj，修正吊舱推进船舶的航向。操纵手柄在y轴方向绕基座摆动，输出手柄幅度角信号γj；同时操纵手柄可以绕其轴线旋转，输出手柄方位角信号λj，操纵手柄头部设置可以绕轴旋转的旋钮(规定向左旋为负，向右旋为正)，输出旋钮旋转角信号τj。按上述技术方案，所述步骤一中，吊舱推进船舶在Ⅰ、Ⅲ区域斜移时，驾驶员通过控制操纵手柄输出手柄幅度角信号γj和手柄方位角信号λj，具体为，当船舶在Ⅰ区域上半区域(φ<λj<90°)内斜移时，第一吊舱推进器转速：其中，γjmax为手柄最大幅度角，nmax为螺旋桨最大转速，第一吊舱推进器回转角：α1＝λj；第二吊舱推进器转速：第二吊舱推进器回转角：α2＝180°-λj；当在Ⅰ区域下半区域(90°<λj<180°-φ)内斜移时，第一吊舱推进器转速：第一吊舱推进器回转角：α1＝λj；第二吊舱推进器转速：第二吊舱推进器回转角：α2＝180°-λj。按上述技术方案，当外界因素(风浪流等)影响船头偏转时，驾驶员通过控制操纵手柄头部旋钮输出旋钮旋转角信号τj，经由系统控制器作用对第一吊舱推进器和第二吊舱推进器的回转角进行调整，具体为：当船头右偏时，第一吊舱推进器回转角：其中，τjmax为旋钮最大旋转角，第二吊舱推进器回转角：当船头左偏时，第一吊舱推进器回转角：第二吊舱推进器回转角：本专利技术产生的有益效果是：1.开发出一整套吊舱推进船舶的智能操控系统，可实现吊舱推进船舶在不同运行工况下正常工作，降低了操作难度。2.本专利技术通过伪逆算法对推进器进行推力优化分配，充分发挥了吊舱推进器的360°全回转特性，使双吊舱配合产生任意方向的矢量力，令船舶在任意航速下能够完成平移、斜移、原地回转、快速倒车等常规推进器难以完成的操控，极大地提高了船舶的操纵性和机动性。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1为本专利技术实施例的整体组成示意图。图2为本专利技术的操纵手柄结构组成示意图。图3为本专利技术的操纵手柄幅度角信号示意图。图4为本专利技术的控制策略区域划分示意图。图5为本专利技术的Ⅰ区域斜移吊舱推进器状态及受力状况示意图。图6为本专利技术的控制策略Ⅳ区域划分及正车示意图。图7为本专利技术的Ⅱ区域右过渡区斜移吊舱推进器状态及受力状况示意图。图8为本专利技术的Ⅱ区域左过渡区斜移吊舱推进器状态及受力状况示意图。图9为本专利技术的吊舱推进船舶偏航小范围调整时吊舱推进器状态及受力状况示意图。图中：001.操纵手柄；002.数据采集模块；003.信号处理模块；004.系统控制器；005.执行机构；006.第一吊舱推进器；007.第二吊舱推进器；008.第一转速传感器；009.第一螺旋桨电机；010.第一角度传感器；011.第一回转控制电机；012.第二转速传感器；013.第二螺旋桨电机；014.第二角度传感器；015.第二回转控制电机；016.直行区；017.左过渡区；018.右过渡区；019.基座；020.旋钮。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于吊舱推进船舶的控制装置，其特征在于，包括数据采集模块、信号处理模块、通信模块、系统控制器和执行机构，其中，数据采集模块包括操纵手柄、第一螺旋桨转速传感器、第二螺旋桨转速传感器、第一角度传感器和第二角度传感器，其中操纵手柄用来将驾驶员的操纵信号转换为电信号传送到信号处理模块；信号处理模块通过通信模块与系统控制器连接，系统控制器对执行机构进行驱动，执行机构由第一吊舱推进器和第二吊舱推进器组成，第一吊舱推进器包括第一螺旋桨电机、第一回转控制电机，第二吊舱推进器包括第二螺旋桨电机、第二回转控制电机；第一角度传感器实时监测第一吊舱推进器的回转角度，第二角度传感器实时监测第二吊舱推进器的回转角度，并将回转角度信号传至信号处理模块；第一螺旋桨转速传感器实时监测第一螺旋桨电机转速，第二螺旋桨转速传感器实时监测第二螺旋桨电机转速，并将转速信号传至信号处理模块；信号处理模块将操纵手柄与各传感器采集的电信号转换为系统控制器可以识别的数值信号，并将数值信号输送到系统控制器，系统控制器对数值信号进行比对并输出动作信号给执行机构。

【技术特征摘要】
1.一种用于吊舱推进船舶的控制装置，其特征在于，包括数据采集模块、信号处理模块、通信模块、系统控制器和执行机构，其中，数据采集模块包括操纵手柄、第一螺旋桨转速传感器、第二螺旋桨转速传感器、第一角度传感器和第二角度传感器，其中操纵手柄用来将驾驶员的操纵信号转换为电信号传送到信号处理模块；信号处理模块通过通信模块与系统控制器连接，系统控制器对执行机构进行驱动，执行机构由第一吊舱推进器和第二吊舱推进器组成，第一吊舱推进器包括第一螺旋桨电机、第一回转控制电机，第二吊舱推进器包括第二螺旋桨电机、第二回转控制电机；第一角度传感器实时监测第一吊舱推进器的回转角度，第二角度传感器实时监测第二吊舱推进器的回转角度，并将回转角度信号传至信号处理模块；第一螺旋桨转速传感器实时监测第一螺旋桨电机转速，第二螺旋桨转速传感器实时监测第二螺旋桨电机转速，并将转速信号传至信号处理模块；信号处理模块将操纵手柄与各传感器采集的电信号转换为系统控制器可以识别的数值信号，并将数值信号输送到系统控制器，系统控制器对数值信号进行比对并输出动作信号给执行机构。2.根据权利要求1所述的用于吊舱推进船舶的控制装置，其特征在于，第一螺旋桨电机和第一回转控制电机安装于第一吊舱推进器内，第一吊舱推进器安装于吊舱推进船舶尾部左侧；第二螺旋桨电机和第二回转控制电机安装于第二吊舱推进器，第二吊舱推进器安装于吊舱推进船舶尾部右侧。3.根据一种基于权利要求1的用于吊舱推进船舶的控制方法，其特征在于，包括以下步骤，步骤一，按照推力作用点与重心连线将船舶所在水平面划分为I、II、III、IV四个区域，I区域范围为(φ，180°-φ]，III区域范围为(180°+φ，360°-φ]，II区域范围为(-φ，φ]，IV区域范围为(180°-φ，180°+φ]，φ为Ⅱ、Ⅳ区域边界线夹角的一半；吊舱推进船舶在Ⅰ、Ⅲ区域斜移时，驾驶员通过控制操纵手柄输出手柄幅度角信号γj和手柄方位角信号λj，经由系统控制器对第一螺旋桨电机、第二螺旋桨电机的转速，第一回转控制电...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏焱，卫钰汶，裴康维，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42