本发明专利技术提供一种能改善船舶航向与横摇控制效果的船舶舵与翼舵或鳍与翼鳍联合控制系统数字控制器及方法。数字控制器由三片DSP控制器做主控电路，由电源接口电路、复位电路、外中断电路、JTAG电路、时钟电路构成；电源接口电路与主控电路电源管脚相连；复位电路引脚7与主控电路引脚176相连；JTAG电路引脚9、11与主控电路引脚193相连；外中断电路引脚29、30与主控电路引脚7、2相连；时钟电路的可编程时钟发生器引脚5、6与主控电路引脚204、78相连，锁相环晶振引脚3与主控电路引脚202相连；通过异步收发器UART与上下位机通信；本发明专利技术还包括联合控制系统数字控制器的控制方法。本发明专利技术采用舵与翼舵或鳍与翼鳍综合协调控制可以改善船舶航向与横摇控制效果，提高系统可靠性和适航性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种改善船舶航行与姿态的数字控制器，特别涉及一种船舶舵与翼舵或鳍与翼鳍联合控制系统数字控制器及控制方法。
技术介绍
在船舶姿态控制中，航向控制是最基本的，不论何种船舶，为完成各种使命，必须进行航向控制。船舶航向控制主要是靠控制操舵运动来实现。此外，横摇运动对船舶安全航行、船员舒适感和武备系统的命中率均有严重的影响，为了有效地减小横摇运动，船舶工程师们设计了各种各样的减摇装置。船舶减摇的一种有效措施是采用主动式减摇鳍系统。为了提高船舶的操纵性能，舵与翼舵或鳍与翼鳍是通过在舵或鳍上增加一个相对独立运动的小控制面-翼舵或翼鳍，来改善舵或鳍的水动力性能。由水动力实验可知，舵或鳍可达到的升力与拱度的关系为在一定范围内，同一角度下达到的升力值随拱度增大而增大。采用舵与翼舵或鳍与翼鳍综合协调控制可以改善船舶航向与横摇控制效果。通过舵角与翼舵角、鳍角与翼鳍角的智能优化设计，尽可能减小主舵、主鳍的运动幅度，所需扶正力矩由小控制面翼舵、翼鳍运动完成，从而达到降低能耗，提高系统可靠性。通过舵与翼舵或鳍与翼鳍的联合运动，可大大提高舵或鳍的扶正能力，从而使自动舵控制系统和减摇鳍控制系统仍能正常工作，改善航向与横摇控制效果，提高系统的适航性。现有的对舵与翼舵、鳍与翼鳍的控制技术是分别基于船舶艏摇运动模型和横摇运动模型设计航向控制系统和横摇减摇系统，两个系统之间没有考虑航向与横摇的耦合影响，也没有利用舵与翼舵对横摇的减摇能力和鳍与翼鳍对航向的扶正能力，这样使得船舶的操纵性大为降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够改善船舶航向与横摇控制效果的船舶舵与翼舵或鳍与翼鳍联合控制系统数字控制器及控制方法。本专利技术的目的是这样实现的—种船舶舵与翼舵或鳍与翼鳍联合控制系统数字控制器，由三片DSP控制器做为主控制电路，每片DSP控制器包括电源接口电路、复位电路、JTAG电路和两个并行通信 McBSP模块；电源接口电路与主控制电路的电源管脚相连；复位电路MAX706RCSA的引脚7 与DSP控制器的引脚176相连JTAG电路引脚9与11并接后与主控电路的引脚193相连，引脚1、2、3、7、13、14分别与DSP控制器的引脚192、197、191、187、186、185相连；每片DSP控制器还包括时钟电路，由CY22381可编程时钟发生器和EXCCET103U锁相环晶振构成；CY22381 可编程时钟发生器引脚5与主控电路的引脚204相连，CY22381可编程时钟发生器引脚6 与主控电路的引脚78相连；E)(CCET103U锁相环晶振引脚3与主控电路的引脚202相连；主控制电路通过异步收发器UART与上下位机通信，异步收发器UART包括一片TL16C752B芯片、两片MAX3160芯片U9和U10、两个UART接口 ；TL16C752B芯片包括外中断电路，外中断电路的引脚30、四分别通过第一开关JPl和第二开关JP2接在DSP控制器的引脚2、7上， 引脚19、15、36分别与DSP控制器的引脚79、83、176相连；TL16C752B芯片的引脚1至3、44 至 48 分别接在 DSP 控制器的引脚 128、121、122、132、131、130、129、127 上；TL16C752B 芯片引脚26至28分别与DSP控制器的引脚64、63、62相连。所述的时钟电路的CY22381可编程时钟发生器的晶振电路的负载匹配第三电容 C3、第四电容C4 一端接地另一端通过20MHz晶振Yl与CY22381可编程时钟发生器的引脚 3、4相连，CY22381可编程时钟发生器的引脚7、8接3. 3V高电平，引脚2接地；所述的时钟电路的EXCCET103U锁相环晶振的引脚1接高电平，引脚2接地，引脚3为输出引脚与主控制电路的引脚202相连同时经电解电容CTl和第一电容Cl接地。所述的复位电路MAX706RCSA采用按键手动复位方式复位；复位电路MAX706RCSA 引脚1通过第七上拉电阻R7接3. 3V高电平，并通过复位按键SWl接地；复位电路 MAX706RCSA引脚2接3. 3V高电平，引脚3、4 一端通过第二电容C2接3. 3V高电平另一端接地。所述的异步收发器UART的芯片TL16C752B引脚7和8、33和22、5和4、38和23、 34和35分别接2片MAX3160芯片的16、15、8、7、10引脚；每片MAX3160芯片的引脚5、6、 13、14与UART接口的引脚1、6、5、4相连；U9控制A通道异步通信，UlO控制B通道通信方式；U9引脚11通过第五上拉电阻R5与3. 3V电源相连，并通过第三开关JP3接地，UlO引脚11通过第七上拉电阻R7与3. 3V电源相连，并通过第四开关JP4接地；U9引脚9通过第四上拉电阻R4接3. 3V高电平，UlO引脚9通过第六上拉电阻R6接3. 3V高电平；U9引脚1 和3之间接第五电容C5，UlO弓丨脚1和3之间接第九电容C9 ；U9弓丨脚18和19之间接第六电容C6，UlO引脚18和19之间接第十电容ClO ；引脚4接地，引脚2接3. 3V高电平，U9引脚5和6，13和14之间分别接第二电阻R2和第三电阻R3，U10引脚5和6，13和14之间分别接第八电阻R8和第九电阻R9 ；U9引脚20与17分别通过第三电容C3和第四电容C4接地，UlO引脚20与17分别通过第七电容C7和第八电容C8接地。 所述的三片DSP控制器做为主控制电路，将其中一片DSP控制器为主控制器；将主控制器的并行通信McBSP模块引脚16和33、21和31、20和32分别与另两片从DSP控制器的并行通信McBSP模块引脚19、24、27相连，将两片从DSP控制器的并行通信McBSP模块引脚20、16、21分别与主控制器的并行通信McBSP模块引脚27和37、19和36,24和38相连。一种基于船舶舵与翼舵或鳍与翼鳍联合控制系统数字控制器的控制方法，所述的船舶舵与翼舵或鳍与翼鳍联合控制系统数字控制器由三片DSP控制器做为主控制电路，每片DSP控制器包括电源接口电路、复位电路、JTAG电路和两个并行通信McBSP模块；其控制方法包含以下步骤首先把人机交互界面中通过航向检测装置和横摇检测装置分别检测得到的船舶位姿状态数据，经异步串行通信接口传送到数字控制器UART模块中，利用传入 DSP控制器中的船舶位姿状态数据经鲁棒调节器调节，得到所需要的艏摇扶正力矩和横摇扶正力矩；然后考虑舵角与翼舵角或鳍角与翼鳍角的限位和舵速与翼舵速或鳍速与翼鳍速的限制，得到舵角与翼舵角或鳍角与翼鳍角的分配规则，利用并行遗传算法，得到满足系统驱动能量最小方程的舵与翼舵或鳍与翼鳍分配指令；再经异步串行通信将指令传到舵与翼舵或鳍与翼鳍伺服系统，实现对船舶航向与横摇的控制。所述的鲁棒调节器是根据船舶艏摇与横摇线性耦合运动模型，利用通过Matlab中的LMI工具箱计算得到船舶航向与横摇H2/H{状态反馈鲁棒调节器为权利要求1.一种船舶舵与翼舵或鳍与翼鳍联合控制系统数字控制器，由三片DSP控制器做为主控制电路，每片DSP控制器包括电源接口电路、复位电路、JTAG电路和两个并行通信McBSP 模块；电源接口电路与主控制电路的电源管脚相连；复位电路MAX706RC本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种船舶舵与翼舵或鳍与翼鳍联合控制系统数字控制器，由三片ＤＳＰ控制器做为主控制电路，每片ＤＳＰ控制器包括电源接口电路、复位电路、ＪＴＡＧ电路和两个并行通信ＭｃＢＳＰ模块；电源接口电路与主控制电路的电源管脚相连；复位电路ＭＡＸ７０６ＲＣＳＡ的引脚７与ＤＳＰ控制器的引脚１７６相连；ＪＴＡＧ电路引脚９与１１并接后与主控电路的引脚１９３相连，引脚１、２、３、７、１３、１４分别与ＤＳＰ控制器的引脚１９２、１９７、１９１、１８７、１８６、１８５相连，其特征是：每片ＤＳＰ控制器还包括时钟电路，由ＣＹ２２３８１可编程时钟发生器和ＥＸＣＣＥＴ１０３Ｕ锁相环晶振构成；ＣＹ２２３８１可编程时钟发生器引脚５与主控电路的引脚２０４相连，ＣＹ２２３８１可编程时钟发生器引脚６与主控电路的引脚７８相连；ＥＸＣＣＥＴ１０３Ｕ锁相环晶振引脚３与主控电路的引脚２０２相连；主控制电路通过异步收发器ＵＡＲＴ与上下位机通信，异步收发器ＵＡＲＴ包括一片ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ芯片、两片ＭＡＸ３１６０芯片（Ｕ９和Ｕ１０）、两个ＵＡＲＴ接口；ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ芯片包括外中断电路，外中断电路的引脚３０、２９分别通过第一开关（ＪＰ１）和第二开关（ＪＰ２）接在ＤＳＰ控制器的引脚２、７上，引脚１９、１５、３６分别与ＤＳＰ控制器的引脚７９、８３、１７６相连；ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ芯片的引脚１至３、４４至４８分别接在ＤＳＰ控制器的引脚１２８、１２１、１２２、１３２、１３１、１３０、１２９、１２７上；ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ芯片引脚２６至２８分别与ＤＳＰ控制器的引脚６４、６３、６２相连。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜，余辰光，李冰，屈阳，李莉红，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：93
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