用于控制海洋船舶的推进的装置、方法及计算机程序制造方法及图纸

用于控制海洋船舶的推进的装置、方法和计算机程序。推进通过水翼轮推进系统实现。该方法包括：从轮驱动器接收(602)轮操作状态；从多个水翼驱动器接收(604)多个水翼操作状态；从船舶控制系统接收(606)命令；鉴于轮操作状态基于命令生成(608)用于轮驱动器的轮控制数据以控制水翼轮推进系统的水翼俯仰函数；以及鉴于轮操作状态和多个水翼操作状态基于命令生成(610)用于多个水翼驱动器的水翼控制数据以进一步控制水翼轮推进系统的水翼俯仰函数，其中，使用水翼前馈模型生成(612)针对每个水翼驱动器的水翼控制数据的参考扭矩。驱动器的水翼控制数据的参考扭矩。驱动器的水翼控制数据的参考扭矩。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制海洋船舶的推进的装置、方法及计算机程序


[0001]各种实施方式涉及用于控制海洋船舶的推进的装置、用于控制海洋船舶的推进的方法以及用于控制海洋船舶的推进的计算机程序代码。

技术介绍

[0002]水翼轮推进系统(foil wheel propulsion system)通过水翼(foil)的固定点围绕中心的旋转和随时间改变其攻角的水翼的振荡的组合作用生成推力。这样的推进系统的一些实现方式也被称为摆线桨(cyclorotor)、余摆线推进器(trochoidal propeller)或福伊特
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施耐德推进器(Voith
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Schneider propeller，VSP)。传统上，轮(或转子)旋转，并且附接至轮的水翼(或叶片)由于轮的旋转与水翼的旋转之间的机械耦接而改变其攻角。
[0003]DE 10060067 A1公开了一种系统，其中，每个水翼是单独可调节的，与转子的调节无关。
[0004]EP 2944556 B1公开了使用各种输入用于控制圆盘旋转和独立的叶片旋转的控制图或算法。
[0005]然而，期望在水翼轮推进系统的控制方面的进一步完善。

技术实现思路

[0006]根据一个方面，提供了独立权利要求的主题。从属权利要求限定了一些实施方式。
[0007]在附图和对实施方式的描述中对实现方式的一个或更多个示例进行更详细地阐述。
附图说明
[0008]现在将参照附图对一些实施方式进行描述，在附图中：
[0009]图1和图2示出了用于控制海洋船舶的推进的装置的实施方式；
[0010]图3A和图3B示出了水翼轮推进系统的实施方式；
[0011]图4示出了水翼路径的实施方式；
[0012]图5示出了用于控制海洋船舶的推进的装置的其他实施方式；
[0013]图6是示出用于控制海洋船舶的推进的方法的实施方式的流程图；
[0014]图7、图8和图9示出了用于控制海洋船舶的推进的装置的其他实施方式；以及
[0015]图10A和图10B示出了水翼轮推进系统的其他实施方式。
具体实施方式
[0016]以下实施方式仅是示例。虽然说明书可能在若干位置引用“一个”实施方式，但是这不一定意指每个这样的引用是指相同的实施方式，或者特征仅适用于单个实施方式。也可以将不同实施方式的单个特征进行组合以提供其他实施方式。此外，词语“包含”和“包括”应当被理解为不将所描述的实施方式限制为仅由已经提及的那些特征组成，并且这样
的实施方式还可以包含没有具体提及的特征/结构。
[0017]在对实施方式的描述和权利要求书两者中的附图标记用于参照附图示出实施方式，而不是将其仅限于这些示例。
[0018]如果有任何在以下描述中公开的没有落入独立权利要求的范围下的实施方式和特征，则其应被解释为有助于理解本专利技术的各种实施方式的示例。
[0019]让我们同时研究示出了用于控制海洋船舶102的推进的装置100的实施方式的图1、图2和图5以及示出了用于控制海洋船舶102的推进的方法的实施方式的图6。该方法可以实现为编程为计算机程序代码504的由作为专用计算机的装置100执行的算法526。
[0020]装置100包括与船舶控制系统106可耦接的船舶接口506。船舶控制系统106可以通过用户接口108与船员110交互。船员110是驾驶海洋船舶102的人或者是作为船组成员协助船长、领航员、长官、值班员、舵手或其他甲板船组成员或者甚至飞行员的人。用户接口108实现了向船员110呈现图形信息、文字信息并且可能还呈现听觉信息。用户接口可以用于执行与操纵海洋船舶102有关的所需要的用户行为，例如给出推进命令和转向命令。可以利用各种技术实现用户接口，例如舵、显示器、键盘、小键盘、按钮、操纵杆、开关、用于集中光标的手段(鼠标、轨迹球、方向键、触摸敏感区等)、实现音频控制的元件等。例如，推进命令和转向命令可以涉及舵俯仰(rudder pitch)、传动俯仰(driving pitch)和旋转。
[0021]装置100还包括用于控制水翼轮推进系统104的控制接口508。
[0022]水翼轮推进系统104包括可旋转的轮204和垂直地附接至轮204的多个可旋转的水翼214A、214B、214C、214D。
[0023]如图3A所示，轮204可以被配置成在基本平行于海洋船舶102的底部的基本水平位置旋转，并且每个水翼214A、214B、214C、214D被配置成在基本竖直位置旋转。在实施方式中，水翼214A、214B、214C、214D的数目是四，但是水翼214A、214B、214C、214D的数目可以变化以使得存在更少(例如两个)或更多的水翼214A、214B、214C、214D。水翼214A、214B、214C、214D可以围绕轮204的旋转轴对称地布置。针对每个水翼214A、214B、214C、214D，与轮204的旋转轴有关的偏心率可以通过水翼俯仰函数(foil pitch function)532进行调节。
[0024]如图3B所示，轮204可以可替选地被配置成在相对于海洋船舶102的底部基本垂直的基本竖直位置旋转，并且每个水翼214A、214B、214C、214D被配置成在基本水平位置旋转。
[0025]可旋转的轮204由轮马达202驱动并且由轮控制器200控制。
[0026]每个水翼214A、214B、214C、214D由水翼马达212A、212B、212C、212D驱动并且由水翼驱动器210A、210B、210C、210D控制。
[0027]在实施方式中，每个马达212A、212B、212C、212D是电动机，并且每个驱动器210A、210B、210C、210D是发送到马达202、212A、212B、212C、212D的电能的控制器。在实施方式中，每个驱动器210A、210B、210C、210D是诸如ABB HES880移动驱动器的变频器。
[0028]在实施方式中，轮马达202是电动机，并且轮控制器200是被配置成对发送到电动机202的电能进行控制的轮驱动器。在实施方式中，轮驱动器200是诸如ABB ACS600驱动器的变频器。
[0029]在实施方式中，轮马达202是发动机114，并且轮控制器200被配置成对发动机114进行电控。例如，轮控制器200可以被配置成对发动机202、114的速度(RPM)进行改变。如图1所示，一个或更多个齿轮箱112(串行连接)被配置成将机械动力从发动机114传输至轮204。
[0030]本质上，由电动机202、212A、212B、212C、212D所消耗的电能可以由在海洋船舶102中可使用的任何合适的技术产生，所述技术包括但不限于：诸如柴油马达或汽油发动机的一个或更多个发动机和/或一种或更多种其他类型的电能源，例如可再生电能源、发电装置或诸如电池组和/或(超级)电容器组的电能存储器116。本质上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于控制海洋船舶(102)的推进的装置(100)，包括：与船舶控制系统(106)可耦接的船舶接口(506)；用于控制水翼轮推进系统(104)的控制接口(508)，所述水翼轮推进系统(104)包括：由轮马达(202)驱动并且由轮控制器(200)控制的可旋转的轮(204)；垂直地附接至所述轮(204)的多个可旋转的水翼(214A、214B、214C、214D)，每个水翼(214A、214B、214C、214D)由水翼马达(212A、212B、212C、212D)驱动并且由水翼驱动器(210A、210B、210C、210D)控制；用于测量所述轮(204)的实际角度轮位置的轮传感器(206)；以及用于测量每个水翼(214A、214B、214C、214D)的实际角度水翼位置的多个水翼传感器(216A、216B、216C、216D)；包括计算机程序代码(504)的一个或更多个存储器(502)；以及一个或更多个处理器(500)，其用于执行所述计算机程序代码(504)以使所述装置(100)至少执行以下：从所述轮控制器(200)接收(602)轮操作状态(520)；从多个水翼驱动器(210A、210B、210C、210D)接收(604)多个水翼操作状态(522)；从所述船舶控制系统(106)接收(606)命令(524)；鉴于所述轮操作状态(520)，基于所述命令(524)，生成(608)用于所述轮控制器(200)的轮控制数据(528)以控制所述水翼轮推进系统(104)的水翼俯仰函数(532)；以及鉴于所述轮操作状态(520)和所述多个水翼操作状态(522)，基于所述命令(524)，生成(610)用于所述多个水翼驱动器(210A、210B、210C、210D)的水翼控制数据(530)以进一步控制所述水翼轮推进系统(104)的所述水翼俯仰函数(532)，其中，使用水翼前馈模型生成(612)针对每个水翼驱动器(210A、210B、210C、210D)的所述水翼控制数据的参考扭矩。2.根据权利要求1所述的装置，其中，使所述装置(100)执行：接收(620)所述实际角度轮位置作为所述轮操作状态(520)的一部分；接收(622)实际轮速度作为所述轮操作状态(520)的一部分，或者基于多个实际角度轮位置生成(630)所述实际轮速度；接收(624)每个水翼(214A、214B、214C、214D)的参考角度水翼位置作为所述水翼操作状态(522)的一部分；接收(626)每个水翼(214A、214B、214C、214D)的参考水翼速度作为所述水翼操作状态(522)的一部分；接收(628)每个水翼(214A、214B、214C、214D)的参考水翼加速度作为所述水翼操作状态(522)的一部分；以及使用所述前馈模型生成(612)针对每个水翼驱动器(210A、210B、210C、210D)的所述水翼控制数据(530)的参考扭矩，所述前馈模型的输入是所述实际角度轮位置、所述参考角度水翼位置、所述实际轮速度、所述参考水翼速度和所述参考水翼加速度，并且所述参考扭矩通过描述所述参考角度水翼位置与所述实际角度水翼位置之间的扭矩差的位置反馈扭矩以及通过描述所述参考水翼速度与所述实际水翼速度之间的扭矩差的速度反馈扭矩来被进行修改。3.根据权利要求1所述的装置，其中，使所述装置(100)执行：接收(620)所述实际角度轮位置作为所述轮操作状态(520)的一部分；接收(632)每个水翼(214A、214B、214C、214D)的所述实际角度水翼位置作为所述水翼
操作状态(522)的一部分；接收(634)实际水翼速度作为所述水翼操作状态(522)的一部分，或者基于多个实际角度水翼位置生成(636)所述实际水翼速度；接收(638)每个水翼(214A、214B、214C、214D)的实际水翼扭矩作为所述水翼操作状态(522)的一部分；从所述水翼俯仰函数(532)接收(640)一个或更多个参数；基于所述实际角度轮位置和所述一个或更多个参数，生成(642、644、646)每个水翼(214A、214B、214C、214D)的参考水翼速度(810)、参考角度水翼位置(812)和参考水翼加速度(814)；基于每个水翼(214A、214B、214C、214D)的所述参考水翼速度(810)、所述参考角度水翼位置(812)和所述参考水翼加速度(814)，生成(612)每个水翼(214A、214B、214C、214D)的所述参考扭矩(820)；以及基于每个水翼(214A、214B、214C、214D)的所述实际水翼扭矩(822)，对每个水翼(214A、214B、214C、214D)的所述参考扭矩(820)进行调节(648)。4.根据权利要求3所述的装置，其中，使装置(100)执行：基于每个水翼(214A、214B、214C、214D)的所述实际水翼速度(816)，对每个水翼(214A、214B、214C、214D)的所述参考水翼速度(810)进行调节(650)；基于每个水翼(214A、214B、214C、214D)的所述实际角度水翼位置(818)，对每个水翼(214A、214B、214C、214D)的所述参考角度水翼位置(812)进行调节(652)；以及使用加速度前馈模型(804)对每个水翼(214A、214B、214C、214D)的所述参考水翼加速度(814)进行调节(654)。5.根据权利要求1所述的装置，其中，使所述装置(100)执行：在所述水翼俯仰函数(532)上应用(656)二阶导数(900)以生成扭矩补偿命令(910)；以及将所述扭矩补偿命令乘以(658)扭矩补偿常数以生成针对每个水翼驱动器(210A、2...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘彬，韦利佩卡，
申请(专利权)人：ABB公司，
类型：发明
国别省市：