一种调距型侧向推进器螺距控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种调距型侧向推进器螺距控制系统，包括控制手柄信号标定模块、螺距传感器信号标定模块以及螺距闭环控制模块，还公开了其控制方法，本发明专利技术用于控制侧向推进器时，具备推进电机运行平稳，螺距响应快，螺距控制精度高的优点，控制方法在实船上应用，反馈控制效果较好。控制效果较好。控制效果较好。

【技术实现步骤摘要】
一种调距型侧向推进器螺距控制系统及方法


[0001]本专利技术属于船舶动力系统
，具体涉及一种调距型侧向推进器的螺距控制系统及控制方法。

技术介绍

[0002]随着对船舶及海洋工程平台机动性要求的不断提高，侧向推进器广泛的应用于货轮、工程船、油轮及特种工作平台。侧向推进器根据需要提供侧向推力，提高船舶横向机动性。
[0003]侧向推进器分为定距型和调距型，定距型侧向推进器采用固定的桨叶，通过控制推进电机的转向和转速来实现推力方向和大小可调。调距侧向推进器采用恒转速电机驱动，通过控制流经桨毂油缸液压油的流向和流量来控制桨叶角度，实现恒转速模式下推力方向和大小可调。
[0004]定距型侧向推进器需要采用变频器+变频电机模式实现推力可调。定距型侧向推进器系统较复杂，变频器需要水冷，引入了冷却系统；容易产生谐波，对全船电力系统造成干扰；价格较贵，整套系统造价约为同功率调距型侧向推进器的2～3倍。
[0005]常见调距型侧向推进器采用开环控制，通过控制开关型液压阀，调整桨叶角度，进而控制推力。此种控制方法控制精度较差，动作频繁，推力波动较大。推力手柄采用螺距进行标定，推力手柄与侧推装置螺距线性对应，与产生的推力为三次方关系，容易造成推进电机过载。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的之一是为了提高控制精度、推力的响应和控制平顺性，提供一种调距型侧向推进器螺距控制系统。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种调距型侧向推进器螺距控制系统，包括控制手柄信号标定模块、螺距传感器信号标定模块和螺距闭环控制模块；控制手柄信号标定模块用于根据侧向推进器的推力对推力手柄的信号进行标定，使侧向推进器产生的推力在推力手柄的控制范围内线性变化；螺距传感器信号标定模块用于标定螺距传感器信号，使螺距传感器输出的电信号与螺距为线性关系一一对应；螺距闭环控制模块用于计算螺距控制指令与螺距反馈指令的偏差，根据正/负偏差确定螺距的动作方向，根据偏差绝对值的大小确定螺距的跟随速度。
[0008]本专利技术的目的之二是提供一种调距型侧向推进器螺距控制系统的控制方法，包括如下步骤：
[0009](1)，控制手柄信号标定模块控制推力手柄输出信号为4～20mA的电流信号，其中最低止档位输出信号为4mA，零刻度输出信号为12mA，最高止档位输出信号为20mA，桨叶左舷最大螺距产生的推力对应4mA信号，零推力对应12mA信号，桨叶右舷最大螺距产生的推力对应20mA进行线性变换，而控制推力手柄对应的螺距θ由公式
计算得出，式中θ为螺距，T
S
为淌水试验推力，V
S
为侧向推进器位置船舶的静水速度，w为伴流系数，ρ为流体的密度，n为推进器的转速，D为桨叶的直径，η
T
为桨叶的滑失效率；
[0010](2)，螺距传感器信号标定模块使桨叶左舷最大螺距与螺距传感器的信号最低位对应，使桨叶左舷零螺距与螺距传感器的信号零位对应，使桨叶右舷最大螺距与螺距传感器的信号最高位对应；
[0011](3)，螺距闭环控制模块将螺距控制指令与螺距反馈指令进行比较：当出现正偏差时，控制右舷电磁阀朝着右舷方向以较快的速度运动，当偏差达到微调设定值k1时，右舷电磁阀脉冲动作，螺距缓慢趋近指令值，直至允许误差范围内停止动作；当出现负偏差时，控制左舷电磁阀朝着左舷方向以较快的速度运动，当偏差达到微调设定值k2时，左舷电磁阀脉冲动作，螺距缓慢趋近指令值，直至允许误差范围内停止动作。
[0012]所述的一种调距型侧向推进器螺距控制系统的控制方法，其步骤(3)中的速度控制具体包括：当偏差绝对值大于微调设定值绝对值时，右舷/左舷电磁阀持续开启，液压油持续进入桨毂，螺距持续向右舷/左舷运动；当偏差绝对值小于微调设定值绝对值时，函数发生器输出脉冲指令，即电磁阀间歇性接通，缓慢向右舷/左舷趋近。
[0013]进一步，所述的速度控制切换值为10
°
，当正偏差大于10
°
或负偏差小于
‑
10
°
时，电磁阀持续接通；当正偏差小于10
°
或负偏差大于
‑
10
°
时，电磁阀脉冲接通，直到误差在允许范围之内。
[0014]所述的一种调距型侧向推进器螺距控制系统的控制方法，其步骤(3)中的精度控制具体包括：将零螺距朝右舷/左舷最大螺距方向运动误差定义为允许误差C1，将右舷/左舷最大螺距朝零螺距方向定义为允许误差C2，且C1＜C2，零螺距朝右舷/左舷最大螺距方向调整直至偏差达到允许误差C1时，螺距停止调整；因调距型侧向推进器液压系统存在不可避免的内漏，螺距会朝零螺距方向扩大，当偏差不断扩大，右舷/左舷最大螺距朝零螺距方向调整误差达到大于C2时，控制系统继续调整到C1位置。参数设置时C1＜C2，存在因泄漏造成的允许偏差区间C2～C1，避免了桨叶反复调整。
[0015]进一步，函数发生器输出正向指令给正向电磁阀：右舷微调设定为k1，负向误差为C1，正向误差为C2，函数发生器在ΔU≥k1时向正向电磁阀输出持续全开指令，在ΔU＜k1、负向误差≥C1、正向误差≥C2时向正向电磁阀输出脉冲开启指令，在其他情况下向正向电磁阀输出闭合指令；函数发生器输出反向指令给反向电磁阀：左舷微调设定为k2，负向误差为C3，正向误差为C4，函数发生器在ΔU≤k2时向反向电磁阀输出持续全开指令，在ΔU＞k2、负向误差≤C3、正向误差≤C4时向反向电磁阀输出脉冲开启指令，在其他情况下向反向电磁阀输出闭合指令。
[0016]本专利技术具有的优点和积极效果如下：
[0017]1，本专利技术控制手柄标定的是侧向推进器的推力，而不是线性的螺距信号，这样，使得推进电机负载是均匀变化的。
[0018]2，本专利技术允许控制误差差位控制，根据侧向推进器调距工作原理，将上允许偏差和下允许偏差设置成差值，减少螺距的调整频率。
[0019]3，针对调距型侧向推进器的液压系统采用的开关阀，为保证响应的及时性和控制的准确性，本专利技术采用了分段控制法，在差值较大时采用快速逼近，当接近目标值时采用可控脉冲趋近。
[0020]4，本专利技术具有良好的适应性，可以根据实际需要更改控制参数实现不同的响应。
附图说明
[0021]图1为本专利技术侧向推进器螺距的控制原理图；
[0022]图2为本专利技术控制系统的螺距
‑
推力曲线；
[0023]图3为本专利技术的螺距闭环控制流程图；
[0024]图4为本专利技术控制精度分布图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图和下列实施例对本专利技术作进一步详细说明。
[0026]实施例1
[0027]参照图1所示，本专利技术公开的一种调距型侧向推进器螺距控制系统，其特征在于：包括
[0028]控制手柄信号标定模块，用于根据侧向推进器的推力对推力手柄的信号进行标定，使侧向推进器产生的推力在推力手本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种调距型侧向推进器螺距控制系统，其特征在于：包括控制手柄信号标定模块，用于根据侧向推进器的推力对推力手柄的信号进行标定，使侧向推进器产生的推力在推力手柄的控制范围内线性变化；螺距传感器信号标定模块，用于标定螺距传感器信号，使螺距传感器输出的电信号与螺距对应；以及螺距闭环控制模块，用于计算螺距控制指令与螺距反馈指令的偏差，根据正/负偏差确定螺距的动作方向，根据偏差绝对值的大小确定螺距的跟随速度。2.一种如权利要求1所述调距型侧向推进器螺距控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)，控制手柄信号标定模块控制推力手柄输出4～20mA的电流信号，其中最低止档位输出4mA，零刻度输出12mA，最高止档位输出20mA，桨叶左舷最大螺距产生的推力对应4mA，零推力对应12mA，桨叶右舷最大螺距产生的推力对应20mA，而控制推力手柄对应的螺距θ由以下公式计算得出：式中T
S
为淌水试验推力，V
S
为侧向推进器位置船舶的静水速度，w为伴流系数，ρ为流体的密度，n为推进器的转速，D为桨叶的直径，η
T
为桨叶的滑失效率；(2)，螺距传感器信号标定模块使桨叶左舷最大螺距与螺距传感器的信号最低位对应，使桨叶左舷零螺距与螺距传感器的信号零位对应，使桨叶右舷最大螺距与螺距传感器的信号最高位对应；(3)，螺距闭环控制模块将螺距控制指令与螺距反馈指令进行比较：当出现正偏差时，控制右舷电磁阀朝着右舷方向运动，当偏差达到微调设定值时，右舷电磁阀脉冲动作，螺距缓慢趋近指令值，直至允许误差范围内停止动作；当出现负偏差时，控制左舷电磁阀朝着左舷方向运动，当偏差达到微调设定值时，左舷电磁阀脉冲动作，螺距缓慢趋近指令值，直至允许误差范围内停止动作。3.根据权利要求2所述的一种调距型侧向推进器螺距控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中的速度控制步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：李霞林，赵权，李围，郑雨龙，彭昂，
申请(专利权)人：武汉船用电力推进装置研究所中国船舶重工集团公司第七一二研究所，
类型：发明
国别省市：