【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航海设备，涉及一种具有在线模拟训练及全面检测功能的船舶自动操舵系统设计方法，采用该设计方法设计的自动操舵系统，在船舶航行状态下能够与传统操舵仪一样正常控制船舶航行；在船舶静态训练和静态检修的情况下，具备既可对操舵仪电控系统进行全面检修、也可对操舵仪各项航行控制功能进行模拟训练等功能。
技术介绍
1、自动舵是船舶的一种重要航海设备，用来对船舶航向或航迹进行自动调节的装置。它通过舵角、航向、航迹反馈计算出控制舵角信号来控制舵机适当地转舵，使船舶自动保持在给定的航向或航线上航行。它能够自动地、高精度地保持或改变船舶的航向，以保证船舶的航行安全；它能够减小速度损失以缩短航行时间，从而节约燃料以延长船舶的航程，因此对远航的船舶具有更重要的意义；同时操舵仪还能节省人力减轻劳动强度，节约用工成本，具有较强的经济价值。
2、其中，自动舵的舵角反馈装置是船舶自动操舵系统必不可少的部件，在传统自动操舵系统中，船舶的舵机转轴与舵角反馈装置连接，通过该舵角反馈装置向自动舵反馈舵角信号，实现对船舶舵角的自动控制；舵角反馈装置一般只有一个输入轴，该输入轴在舵角反馈装置外部与舵机的舵轴通过机械连杆连接，该输入轴在舵角反馈装置内部连接有角度传感器，当舵机转动时，会驱动角度传感器转动输出相应舵角值。船舶罗经设备向自动舵提供航向信息，用于实现船舶航向自动控制；船舶卫导设备向自动舵提供位置信息，与船舶罗经设备提供的航向信息一起用于实现船舶航迹自动控制。
3、通常情况下，船员进行操舵训练时，需要船舶在航行状态下才能完成，这种训练方
4、另一方面，在进行自动舵的故障检测时，通常是在船舶停航状态下进行，此时罗经、卫导等设备只能提供船舶当前的静态航向和船位信息，由于船舶停靠在码头或在锚地抛锚，船舶航速为零，因此船舶的航向、位置信息均不会变化，自动操舵系统的航向航迹自动控制均无法构成闭环，很多在船舶航行过程中出现的故障现象就不会出现；同时舵机系统是一个大型的液压系统，进行故障检测时，如果长时间将舵机系统运行和反复开启液压舵机，也会增加舵机系统的磨损，增加舵机系统的故障率，同时舵机涉及高压油路和强电，如果检修过程中操作不当还会威胁检修人员的安全。自动舵是保障船舶航行安全的重要设备，从船员的操纵训练以及自动舵日常的故障检修角度出发，需要设计一种具有在线模拟训练及完备检测功能的船舶自动操舵系统，在停航的状态下能够不依赖液压舵机系统工作自主模拟舵角、航向及船位的变化并输出反馈信号，使自动舵电气部分能够闭环工作，实现自动舵的静态操舵训练和全面的检测和维修。由于操舵仪与船舶的航行安全息息相关，因此要求该设计方法能够在保障自动操舵系统可靠性的前提下，还能保证正常航行操控与训练及检修下的模拟操控可靠切换，在船舶正常航行过程中，不影响正常的舵角、航向、位置反馈，保证自动舵的可靠运行。
技术实现思路
1、本专利技术涉及一种具有在线检测及模拟训练功能的船舶操舵系统设计方法，至少可解决现有技术的部分缺陷。
2、本专利技术涉及一种具有在线检测及模拟训练功能的船舶操舵系统设计方法，系统包括操舵仪、船舵运动模拟装置、控制电机、新型舵角反馈机构及舵角反馈装置。其中操舵仪包含模拟及控制参数设置模块、信号选择模块及传统自动舵控制器；船舵运动模拟装置包括操舵信号驱动控制模块、航向航迹模拟模块。
3、所述控制器是传统操舵系统的组成部分，其与舵机、舵角反馈装置一起构成传统操舵系统；
4、所述船舵运动模拟装置包含操舵信号驱动控制模块和航向航迹模拟模块；
5、所述新型舵角反馈机构包括一个主输入轴、一个辅助输入轴、一个输出轴、一组机械传动装置，两个输入轴以及输出轴均与所述机械传动装置连接，所述主输入轴与舵机连杆机械连接，所述辅助输入轴与控制电机机械连接，所述输出轴与舵角反馈装置的输入轴机械连接。
6、本专利技术将船舶自动操舵系统分为实际控制通道和模拟控制通道，船员可择一地采用相应通道分别完成正常航行操舵和模拟训练操舵或操舵系统检修功能。
7、作为实施方式之一，在所述“航行操控”模式下，所述船舵运动模拟装置断电，操舵信号驱动控制模块及航向航迹模拟模块不工作，控制器输出的操舵控制信号直接驱动舵机运行，改变舵角，实现对航向航迹的控制；同时，通过舵轴连杆带动新型舵角反馈机构的主输入轴转动，辅助输入轴在新型舵角反馈机构内部机械传动装置的约束下保持静止，主输入轴按1:1的比例驱动输出轴转动；所述输出轴驱动舵角反馈装置输出实际舵角信号，并反馈给控制器；在所述模拟及控制参数设置模块的控制下，所述信号选择模块在选择“航行操控”模式时自动将罗经和卫导设备测量的船舶航向和位置信息输入控制器；所述控制器依据模拟及控制参数设置模块设置的控制参数，根据实际舵角、航向、位置反馈信息计算新的操舵角，完成操舵控制信号的更新，进而控制船舶按设定的航向或航线航行。
8、作为实施方式之一，在所述“训练及检修”模式下，在船舶停航和舵机停机条件下，所述船舵运动模拟装置通电，操舵信号驱动控制模块及航向航迹模拟模块上电工作，控制器输出的操舵控制信号经操舵信号驱动控制模块驱动控制电机转动，带动所述新型舵角反馈机构的辅助输入轴转动；所述新型舵角反馈装置的主输入轴在已停机的液压舵机舵轴的约束下保持静止，所述辅助输入轴在新型舵角反馈机构内部机械传动装置的约束减速(减速比小于0.05)下驱动输出轴转动；所述输出轴驱动舵角反馈装置输出舵角反馈信号，并送入控制器及航向航迹模拟模块；所述航向航迹模拟模块根据模拟及控制参数设置模块设置的控制参数及接收到的舵角反馈信息，模拟计算出船舶的航向位置变化并输出相应模拟信号送入信号选择模块，该模块在所述模拟及控制参数设置模块的控制下，当选择“训练及检修”模式时自动将模拟航向及位置信号输入控制器；所述控制器与在“航行操控”模式下一样，根据模拟舵角、航向、航迹等反馈信息计算新的操舵角，完成操舵控制信号的更新，进而实现与在海上实际航行控制一样的操控效果，达到在船舶停航和舵机停机条件下对船员的操控技能进行训练。
9、本专利技术至少具有如下有益效果：本专利技术设计的船舶自动操舵系统有两种模式，分别为“航行操控”和“训练及检修”模式，“航行操控”模式下的操舵系统与传统操舵系统具有一致的控制功能和效果，“训练及检修”模式实现包括但不限于在舵机停机时的在线静态训练、设备检修等功能，船员只需对操舵仪和船舵运动模拟装置进行操作即可实现模式的切换。在“航行操控”模式下，船员只需将操舵仪模式选择开关选为“航行操控”即可实现船舶的正常操纵功能；在“训练及检修”模式下，船员只需将操舵仪模式选择开关选为“航行操控”并将操舵运动模拟装置打开即可实现船舶的模拟操纵功能；由于训练及检修时所述传统操舵系统的构成及新型舵角反馈机构会全程参与控制，因此可对传统操舵系统的构成及新型舵角反馈机构的各项电气功能进行全面检测，及时发现和排查故障；两种操作模本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有在线检测及模拟训练功能的船舶操舵系统设计方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的具有在线检测及模拟训练功能的船舶操舵系统设计方法，其特征在于：
3.如权利要求2所述的具有在线检测及模拟训练功能的船舶操舵系统设计方法，其特征在于：
4.如权利要求2所述的具有在线检测及模拟训练功能的船舶操舵系统设计方法，其特征在于：所述输出轴的另一端与舵角反馈装置连接，驱动该装置输出舵角反馈信号，使操舵仪实现舵角的实际或模拟在线操控。
5.如权利要求4所述的具有在线检测及模拟训练功能的船舶操舵系统设计方法，其特征在于：所述操舵仪包括模拟及控制参数设置模块、控制器及信号选择模块；
6.如权利要求5所述的具有在线检测及模拟训练功能的船舶操舵系统设计方法，其特征在于：所述航向航迹模拟模块与所述操舵信号驱动控制模块安装在舵船运动模拟装置之中，当舵船运动模拟装置通电时航向航迹模拟模块上电运行。
7.如权利要求5所述的具有在线检测及模拟训练功能的船舶操舵系统设计方法，其特征在于：所述航向航迹模拟模块接收舵角反馈装置的舵角
8.如权利要求2所述的具有在线检测及模拟训练功能的船舶操舵系统设计方法，其特征在于：所述新型舵角反馈机构的输出端与舵角反馈装置的输入端机械连接；新型舵角反馈机构的辅助输入轴与控制电机机械连接；新型舵角反馈机构的主输入轴与舵轴的机械连杆机械连接。
9.如权利要求2所述的具有在线检测及模拟训练功能的船舶操舵系统设计方法，其特征在于：所述差速器为带自锁功能的差速器。
10.如权利要求2所述的具有在线检测及模拟训练功能的船舶操舵系统设计方法，其特征在于：所述主输入轴的转角值a、所述辅助输入轴的转角值b1以及所述输出轴的转角值b2之间满足：
...【技术特征摘要】
1.一种具有在线检测及模拟训练功能的船舶操舵系统设计方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的具有在线检测及模拟训练功能的船舶操舵系统设计方法，其特征在于：
3.如权利要求2所述的具有在线检测及模拟训练功能的船舶操舵系统设计方法，其特征在于：
4.如权利要求2所述的具有在线检测及模拟训练功能的船舶操舵系统设计方法，其特征在于：所述输出轴的另一端与舵角反馈装置连接，驱动该装置输出舵角反馈信号，使操舵仪实现舵角的实际或模拟在线操控。
5.如权利要求4所述的具有在线检测及模拟训练功能的船舶操舵系统设计方法，其特征在于：所述操舵仪包括模拟及控制参数设置模块、控制器及信号选择模块；
6.如权利要求5所述的具有在线检测及模拟训练功能的船舶操舵系统设计方法，其特征在于：所述航向航迹模拟模块与所述操舵信号驱动控制模块安装在舵船运动模拟装置之中，当舵船运动模拟装置通电时航向航...
【专利技术属性】
技术研发人员：詹金林，周岗，韩冰，吴瑞祥，杨裕浩，张定勇，商建朋，杨小云，朱永欣，刘书利，周广为，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军士官学校，
类型：发明
国别省市：
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